[2]​ Asistió al instituto Lafayette y a la American Musical and Dramatic Academy.

Mientras asistía a la American Musical and Dramatic Academy, decidió probar suerte en el teatro.

Hizo su debut en Broadway en 1964, en el musical Bajour, y su primera aparición en el cine fue en 1970 en Where's Poppa?.

Algunos de sus papeles cinematográficos más relevantes son los de Paul Cicero en Goodfellas (Martin Scorsese, 1990) y Henry Kissinger en Nixon (Oliver Stone, 1995) Sorvino fue encasillado encarnando recurrentemente a personajes de la mafia o personajes del bajo mundo.

Vivió entre Los Ángeles y Gilbert (Pensilvania), donde fue ayudante de sheriff.