Interessant ist, dass Willem Dafoe einst als Aktmodell für Kunstklassen arbeitete, um seinen Lebensunterhalt zu sichern. Zudem gilt er als Vegetarier und hat mehrfach betont, dass er den Fokus auf die Arbeit statt auf das Privatleben legt.
Willem Dafoe wurde als William James Dafoe in Appleton im US-Bundesstaat Wisconsin geboren. Er wuchs als siebtes von acht Kindern in einer Familie auf, in der der Vater als Chirurg und die Mutter als Krankenschwester arbeiteten.
Schon in jungen Jahren zeigte sich bei ihm ein Interesse am Theater, das er in einer Sommergruppe an der nahegelegenen Lawrence University auslebte.
Während der Highschool-Zeit erhielt er den Spitznamen Willem, der später zu seinem Künstlernamen wurde. Nach dem Abschluss der Appleton East High School begann er ein Drama-Studium an der University of Wisconsin-Milwaukee. Die akademische Ausbildung erfüllte ihn jedoch nicht, weshalb er das Studium nach etwa eineinhalb Jahren abbrach und sich einer experimentellen Theatergruppe anschloss.
Mit der Gruppe „Theatre X“ tourte er durch die Vereinigten Staaten und Europa und sammelte intensive Bühnenerfahrung. 1976 zog er nach New York City und schloss sich dem Performance Group an, aus dem später die Wooster Group hervorging. Dort arbeitete er über Jahrzehnte in experimentellen Produktionen mit und entwickelte einen körperbetonten Darstellungsstil.
Seinen ersten Filmauftritt hatte er 1980 in einer unbenannten Nebenrolle in „Heaven's Gate“ (1980), die später herausgeschnitten wurde. Kurz darauf spielte er in „The Loveless“ (1981) den Motorradfahrer Vance und übernahm kleinere Parts in Filmen wie „The Hunger“ (1983) und „Streets of Fire“ (1984).
Einen wichtigen Schritt markierte 1985 die Rolle des Geldfälschers Eric Masters in „To Live and Die in L.A.“. Im Jahr darauf übernahm er in „Platoon“ (1986) die Figur des Sergeanten Elias Grodin, eines idealistischen Soldaten im Vietnamkrieg, der zwischen Moral und Überleben navigiert. Diese Darstellung brachte ihm eine Oscar-Nominierung ein.
In den folgenden Jahren spielte er Jesus in „The Last Temptation of Christ“ (1988), einen FBI-Agenten in „Mississippi Burning“ (1988) und einen Kriegsveteranen in „Born on the Fourth of July“ (1989).
In den 1990er Jahren übernahm er Rollen wie den zwielichtigen Bobby Peru in „Wild at Heart“. In „The English Patient“ (1996) verkörperte er den Verstümmelten Caravaggio, dessen Vergangenheit und Rachegelüste den Plot vorantreiben. Später spielte er den Detektiv Donald Kimball in „American Psycho“ (2000) und den Vampir-Darsteller Max Schreck in „Shadow of the Vampire“ (2000), wo die Figur zwischen Schauspiel und realer Bedrohung oszilliert.
Ab 2002 wurde er einem breiten Publikum als Norman Osborn und Green Goblin in „Spider-Man“ (2002) bekannt. Die Figur eines Unternehmers, der durch Experimente in einen gefährlichen Antagonisten verwandelt wird, erhielt in den Fortsetzungen und später in „Spider-Man: No Way Home“ (2021) weitere Handlungsbögen.
In den 2010er Jahren spielte er den Motelmanager Bobby in „The Florida Project“ (2017), einen Mann, der mit Empathie und Pragmatismus das Leben an den Rändern der Gesellschaft begleitet. In „The Lighthouse“ (2019) verkörperte er den Leuchtturmwärter Thomas Wake, dessen Beziehung zum Kollegen in Isolation und Wahnsinn mündet. Für „At Eternity's Gate“ (2018) stellte er Vincent van Gogh dar, dessen künstlerische und psychische Kämpfe den Handlungsbogen bestimmen. Weitere Arbeiten umfassen „Poor Things“ (2023) als Dr. Godwin Baxter und „Nosferatu“ (2024).
Er erhielt insgesamt vier Oscar-Nominierungen und weitere Auszeichnungen, darunter den Volpi Cup.
Willem Dafoe führte eine langjährige Beziehung mit der Theaterregisseurin Elizabeth LeCompte, mit der er den Sohn Jack hat, der 1982 geboren wurde. Die Partnerschaft endete 2004. Im selben Jahr lernte er die italienische Regisseurin Giada Colagrande kennen und heiratete sie 2005. Das Paar lebt abwechselnd in New York und Rom, und Dafoe besitzt die italienische Staatsbürgerschaft.