Durante su infancia soñó con ser futbolista, jugó en un equipo de Málaga pero, tras una lesión, decidió estudiar interpretación en la Escuela de Arte Dramático de Málaga y comenzó a trabajar con varias compañías teatrales.

Llegó a Madrid con 19 años, donde trabajó de camarero y de acomodador antes de debutar como actor gracias a la oportunidad que le brindó Pedro Almodóvar con Laberinto de pasiones (1982). Realmente, quien le abrió camino fue Imanol Arias, ya que convenció al director manchego para que fuese al teatro a ver al joven actor malagueño. A partir de su primer rodaje con Almodóvar se convierte en un habitual de sus siguientes películas, algunas de ellas grandes éxitos como La ley del deseo (1986) y Mujeres al borde de un ataque de nervios (1987), donde también aparece la actriz Ana Leza, que fue su mujer desde 1988 hasta 1996.

Durante estos años trabajó como actor en películas de otros directores españoles como Carlos Saura, Pedro Costa, José Luis García Sánchez, Montxo Armendáriz, Fernando Colomo, Vicente Aranda y Gerardo Vera, entre otros.

De esta manera, se dio a conocer como actor en todo el mundo y logró debutar en Hollywood en 1992 con Los reyes del mambo, de Arne Glimcher, filme en el que se tuvo que aprender su papel fonéticamente ya que todavía no hablaba inglés.

En 1996 Fernando Trueba le eligió como actor protagonista para el rodaje en Estados Unidos de la película Two much; la coprotagonista era Melanie Griffith. Comenzaron un rápido romance y, ese mismo año, Banderas se divorcia de Ana Leza y se casa con la actriz norteamericana. Tres años después debuta como director con la película Locos en Alabama (1999), una adaptación de la novela de Mark Childress, Crazy in Alabama, protagonizada por Melanie Griffith.

Su opera prima obtuvo un Premio ALMA y un Premio de Cine Europeo por su dirección. Al año siguiente, el malagueño fue el encargado de entregar, junto a Penélope Cruz, el Oscar a la Mejor Película de Habla No Inglesa por el filme Todo sobre mi madre (1999) a Pedro Almodóvar.

De su trayectoria como actor en Hollywood destacan sus papeles en Philadelphia (1994), de Jonathan Demme; Entrevista con el vampiro (1994), de Neil Jordan; Desperado (1995), de Robert Rodríguez; Evita (1996), de Alan Parker; La máscara del zorro (1998), de Martin Campbell; The body (2000), de Jonas McCord; e Imagining Argentina (2003), de Christopher Hampton.

El camino de los ingleses (2006) es su segunda película como director. Se trata de una adaptación de la novela del mismo título de Antonio Soler, que ha sido titulada en Estados Unidos como Summer rain. Rodada en Málaga y en los estudios alicantinos Ciudad de la Luz, ha sido elegida la Mejor Cinta Europea en la Sección Panorama de la Berlinale por la asociación Europa Cinemas.

Banderas tiene su propia productora, Green Moon, llamada así como homenaje a su poeta favorito, Federico García Lorca (1898–1936). La empresa ha financiado la película Tres días (2007), del director cordobés Javier Gutiérrez. Los siguientes proyectos de la productora son financiar filmes de animación como El lince perdido (2008), coproducido por los estudios Kandor Graphics de Granada.