Diplômé d'histoire de l'Université de Yale, Noah Emmerich suit des études de cinéma à l'Université de New York. Il écrit et réalise durant cette période le court métrage The Painter, qui remporte le prestigieux Cine Award ainsi qu'un premier prix au Festival International de Barcelone. Son essai suivant, The Date, remporte le prix du meilleur court métrage au Worldfest Film Festival de Houston.

L'acteur fait en 1996 un début remarqué au cinéma avec Beautiful Girls de Ted Demme, aux côtés de Matt Dillon, Uma Thurman et Natalie Portman. Habitué aux seconds rôles, il a travaillé avec nombre de réalisateurs talentueux tels que Peter Weir (The Truman Show (1998) où il interprétait le "meilleur copain" de Jim Carrey), Gavin O'Connor (Miracle avec Kurt Russell) ou encore avec Ted Demme (Perpète avec Eddie Murphy). On l'a également vu en flic pourri aux cotés de Robert De Niro, Sylvester Stallone et Ray Liotta dans Copland de James Mangold. Il est aussi à l'affiche de La Loi du sang de Ted Demme, incarne un soldat aux cotés de Nicolas Cage dans Windtalkers, les messagers du vent de John Woo, et donne la réplique à Angelina Jolie et Clive Owen dans Sans frontière de Martin Campbell en 2002. On le retrouve en 2008 dans le drame Le Prix de la loyauté, son troisième film sous la direction de Gavin O'Connor.