Après être apparu dans des spots publicitaires et des séries télévisées comme 21 Jump Street, Vince Vaughn s'illustre pour la première fois sur grand écran dans For the Boys en 1991. Deux ans après, il fait la connaissance, sur le tournage de Rudy, de Jon Favreau, auteur d'un scénario sur les tourments d'un apprenti comédien. Un rôle qu'interprétera Vince Vaughn dans Swingers (1996) du réalisateur Doug Liman. Succès d'estime, le film permet néanmoins à l'acteur de se faire remarquer, notamment par Steven Spielberg, qui fait appel à lui pour Le Monde perdu (1997).

Réclamé par les studios, le comédien au faciès inquiétant convainc la critique par sa prestation de Norman Bates dans Psycho (1998), le remake du classique d'Hitchcock. Désormais abonné aux rôles de premier plan, il participe à un autre remake, celui de Force majeure, intitulé Loin du paradis (1999), traque les tueurs en série aux côtés de Jennifer Lopez dans The Cell (2000) et retrouve son ami Jon Favreau pour Made (2001). Jouant les beaux-pères criminels face à John Travolta dans L'Intrus (2002), Vince Vaughn trouve son bonheur dans la comédie en donnant régulièrement la réplique à Ben Stiller et Owen Wilson (Zoolander, Starsky et Hutch, Même pas mal ! (Dodgeball), Serial noceurs).

Figurant également au casting de Be Cool, le brun ténébreux prête main forte à l'agent secret joué par Brad Pitt dans Mr. & Mrs. Smith, et se sépare à l'écran de sa compagne à la ville Jennifer Aniston dans La Rupture (2006) de Peyton Reed. Une carrière qui se poursuit en beauté avec Frère Noël (2007) et Into the Wild (id.), où il se laisse diriger par Sean Penn. Par la suite, Vince Vaughn confirme une fois de plus son aisance dans le registre comique en jouant les premiers rôles des comédies Tout... sauf en famille (2008), Thérapie de couples (2009), Le Dilemme (2011), Voisins du troisième type (2012), Les Stagiaires (2013), Delivery Man (id.) ou encore Jet Lag (2015).

En 2014, il surprend lorsqu'il est choisi pour camper un redoutable gangster au passé trouble dans la deuxième saison de True Detective. Très attendue, cette nouvelle salve d'épisodes reçoit malheureusement un accueil froid de la part du public et de la critique. Pour autant, Vince Vaughn continue de s'éloigner du registre comique, comme en témoignent ses prestations dans En cavale et la dernière réalisation de Mel Gibson Tu ne tueras point. Il confirme son appétence pour des rôles plus sombres avec sa collaboration avec le cinéaste (aussi auteur de polars) S. Craig Zahler : il est un prisonnier violent au crâne tatoué dans Section 99 (2017) puis un policier corrompu dans Traîné sur le bitume (2018). 

Il renoue avec la comédie l'année suivante avec Une famille sur le ring, porté par Florence Pugh, puis Freaky, slasher parodique où il campe un tueur en série prisonnier du corps d'une adolescente.