Fils et neveu de footballeurs, Colin Farrell envisage un temps une carrière sportive. Il s'expatrie ensuite à Sydney à l'âge de 17 ans, où il reste un an et travaille en tant que mannequin, avant de se tourner vers la comédie. Il suit alors les cours de la Gaiety Drama School de Dublin mais abandonne ses études avant la fin de son cursus, ce qui ne l'empêche pas de jouer dans The War zone (1999), le premier long métrage de Tim Roth. Après avoir échoué à une audition ayant pour but de trouver les membres du groupe Boyzone, il apparaît dans Ordinary decent criminal (2000) aux côtés de Kevin Spacey.

Mais c'est en 2001 qu'il se fait connaitre du grand public, grâce à son rôle du soldat Bozz dans Tigerland de Joel Schumacher. Colin Farrell retrouve ce dernier pour les besoins du thriller téléphonique Phone game (2003) et fait une apparition clin d’œil en voyou dans le drame Veronica Guerin, la même année.

Parallèlement à une vie privée tumultueuse qui fait le bonheur des tabloïds, cette "belle gueule" irlandaise fait fureur à Hollywood : volant la vedette à Bruce Willis dans le film de guerre Mission évasion (2002), il a l'honneur d'affronter à l'écran Tom Cruise dans Minority report, Ben Affleck dans Daredevil (2003) et son idole Al Pacino dans le thriller d'espionnage La Recrue. Après avoir intégré la S.W.A.T. unité d'élite en 2003, il accède à la consécration en se voyant proposer par Oliver Stone le rôle d'Alexandre le Grand. Une rencontre pas vraiment au sommet, puisqu'elle lui vaudra un Razzy Awards de pire acteur de l'année 2003 !

Son ascension se poursuit néanmoins avec une autre fresque historique, et pas n'importe laquelle puisqu'il s'agit du Nouveau monde (2005) de l'adulé Terrence Malick. Travaillant dorénavant avec les plus grands cinéastes américains, il ne tarde pas à reprendre, sous la direction de Michael Mann, le rôle tenu à l'origine par Don Johnson dans l'adaptation de la série Miami vice - Deux flics à Miami. Il tourne ensuite avec Woody Allen dans Le Rêve de Cassandre, aux côtés d'Ewan McGregor. Assagi, l'acteur décide de s'éloigner des plateaux et des tabloïds, pour se consacrer à son fils James, né en 2003 et atteint d'une maladie rare.

En 2007, il est l'une des transformations du personnage de Tony, conçu à l'origine pour n'être incarné que par Heath Ledger, dans le déjanté L'Imaginarium du docteur Parnassus de Terry Gilliam. Il revient ensuite au polar dans Le Prix de la loyauté (2008) où il campe un flic corrompu. Gangster dépressif dans Bons baisers de Bruges (id.) où il retrouve Brendan Gleeson, il tombe amoureux de la sirène Ondine sous la houlette de Neil Jordan. En 2010, il fait une apparition remarquée en chanteur de country dans Crazy Heart et est à l'affiche de Eyes of War où il incarne un photographe de guerre.

Rien qu'en 2011, on le voit tour à tour en petit malfrat dans le polar London Boulevard, en chef d'entreprise peu dégourdi dans la comédie Comment tuer son Boss ?, et en vampire indestructible dans Fright Night. Il retrouve le gros blockbuster l'année suivante avec Total Recall, remake du film de Paul Verhoeven, pour lequel il reprend le rôle tenu précédemment par Arnold Schwarzenegger. Scénariste hollywoodien en panne d’inspiration dans le déjanté 7 Psychopathes, cherchant à se venger d'un gang dans le violent Dead Man Down, amoureux de Jessica Chastain dans le film d'époque Mademoiselle Julie, Colin varie les genres.

L'acteur ne tarde pas à goûter aux joies du petit écran et ses séries : il campe ainsi un policier torturé dans la deuxième saison de True Detective, qui est diffusée en 2015. Cette même année, Colin Farrell témoigne à nouveau de son engouement pour les projets originaux avec The Lobster de Yórgos Lánthimos, Prix du Jury à Cannes et pour lequel il prend 20 kilos. Il retrouve le réalisateur grecque pour le très angoissant Mise à mort du cerf sacré deux ans plus tard. Entre les deux, il reprend le personnage de Clint Eastwood dans le remake du film de Don Siegel, Les Proies, signé Sofia Coppola.

Le natif de Castlenock s'illustre beaucoup en tant que second rôle de qualité dans des films originaux, comme en témoignent ses prestations dans L'Affaire Roman J., Les Veuves, The Gentlemen et Voyagers, tout en continuant de tourner dans des productions plus grand public (Les Animaux fantastiques, Dumbo, Artemis Fowl). Aimant aussi varier les registres, il interprète deux méchants au début des années 2020 : dans le film d'action Ava et dans Batman, où il campe ni plus ni moins que Le Pingouin. Il prend aussi part au film catastrophe Treize vies pour Amazon et au plus intimiste Les Banshees d'Inisherin.

A noter aussi sa prestation dans la série d'aventures sombre et brutale The North Water, où il campe un meurtrier.