Issu d’une famille aisée (ses parents sont tous deux avocats), David Schwimmer grandit avec la passion du théâtre. Dès l’âge de dix ans, il participe à ses premières pièces. Après des études artistiques (théâtre et expression), il co-fonde en 1988 la compagnie théâtrale Lookingglass et s’essaye à la mise en scène. Il n’a que 22 ans, et s’installe alors à Los Angeles pour poursuivre une carrière d’acteur.

Il fait ses débuts sur grand écran en 1990, en décrochant un petit rôle dans Le Vol de l'intruder, un film de guerre de John Milius. Mais il est d'abord présent à la télévision, intégrant le casting de plusieurs séries (Les Années coup de coeur, La Loi de Los Angeles, New York Police Blues, Monty). Le 22 septembre 1994, jour de diffusion du premier épisode de Friends, David Schwimmer entre dans l’histoire de la télévision : la série connait un succès mondial et ses acteurs deviennent des stars. Pendant dix ans, Schwimmer incarne le Dr. Ross Geller. Ses déboires sentimentaux avec Rachel (Jennifer Aniston) et son humour font le bonheur des spectateurs de la sitcom.

Au cours de la décennie 90, la notoriété grandissante de la série lui permet d’accéder à de plus grands rôles au cinéma. En 1996, il donne la réplique à Gwyneth Paltrow dans Le Porteur de cercueil, une comédie sentimentale mise en scène par Matt Reeves. L'année suivante, il tourne sous la direction de Bryan Singer (Un Élève doué), puis rejoint Harrison Ford et Anne Heche dans Six jours sept nuits. Il change ensuite de registre avec 1943 l'ultime révolte, film dans lequel il incarne Yitzhak Zuckerman, un résistant juif du ghetto de Varsovie. Il prend aussi le temps de s’engager dans la mini-série Frères d'armes, produite par Steven Spielberg et Tom Hanks.

L’arrêt de Friends en 2004 lui permet de se consacrer pleinement à la réalisation. Après avoir tourné dix épisodes de la sitcom, et deux de la série Joey (le spin-off de Friends), Schwimmer s’oriente vers des projets plus personnels.

Il signe en 2006 son premier film, une comédie romantique intitulée Cours toujours Dennis avec Simon Pegg et Thandie Newton. Définitivement passé derrière la caméra (depuis 2008, il n’a participé qu’au casting vocal de la trilogie Madagascar, prêtant sa voix à la girafe hypocondriaque Melman), il produit et réalise en 2010 son second long métrage, Trust. Dans cette histoire au sujet sensible, le couple formé par Clive Owen et Catherine Keener tente d’aider leur fille, devenue la proie d’un prédateur sexuel sur internet.