Tiene un hermano gemelo llamado Sami, quien es cuatro minutos menor que Rami y es profesor.

Malek asistió al Notre Dame High School en Sherman Oaks, California, donde se graduó en 1999.

En este instituto compartió clases de teatro junto a la actriz Kirsten Dunst.

En 2005, obtuvo su tarjeta del Sindicato de Actores por su trabajo en el drama bélico Over There, donde apareció en dos episodios.

Más tarde apareció en un episodio de Médium y participó en la serie La guerra en casa, interpretando a Kenny durante sus dos temporadas.

En 2010, Malek volvió a la televisión con el papel recurrente del terrorista Marcos Al-Zacar en la octava temporada de la serie 24.

Malek ha destacado por interpretar a personajes intensos, inteligentes e inadaptados con sesgos extravagantes y psicóticos.

En 2018 dio vida a Freddie Mercury en la película Bohemian Rhapsody, lo cual le hizo ganar popularidad en todo el mundo y múltiples elogios de su actuación.

Brian May (guitarrista de Queen) le dijo “Freddie Mercury estaría muy orgulloso”.

Por su actuación en Bohemian Rhapsody, Malek fue galardonado como el mejor actor en los Premios de la Academia.

[10]​ Es interpretado por el comediante Pete Davidson en los bocetos de Saturday Night Live que parodian al personaje.