Fils de l'acteur, scénariste et réalisateur Melvin Van Peebles.
Mario Van Peebles effectue ses premiers pas sur grand écran à l'âge de 14 ans dans le drame Sweet Sweetback's Baadasssss Song écrit, réalisé et interprété par son père. Diplômé en économie de la Columbia University en 1978, Mario Van Peebles débute sa vie active en tant que cadre commercial. Ce n'est que huit ans plus tard que l'acteur tente une nouvelle expérience au cinéma dans Exterminator II de Mark Buntzman, après être apparu dans un épisode du Cosby show en 1984.
Spécialiste des films ou téléfilms policiers, Mario Van Peebles débute derrière la caméra en 1987, en réalisant des épisodes pour les séries Wiseguy et 21, Jump Streep. La même année, il est à l'affiche des Dents de la mer 4: la revanche aux côtés de Lorraine Gary, Michael Caine et son père. Les deux hommes se retrouveront ainsi une dizaine de fois côtes à côtes à l'affiche d'un film pour grand ou petit écran.
C'est en 1991 que Mario Van Peebles se fait connaître du grand public en réalisant son premier long métrage, le drame New Jack City, qu'il interprète en compagnie de Wesley Snipes, Ice T et Chris Rock. En 1993, l'acteur signe son deuxième film, le western La Revanche de Jessie Lee dans lequel il joue à nouveau, avant d'incarner l'ennemi de Christophe Lambert dans Highlander III un an après. Une collaboration rapidement suivie d'une autre, cette fois dans Gunmen de Deran Sarafian.
Dans les années 90, Mario Van Peebles multiplie les apparitions dans les films ou téléfilms d'action, tel Le Guerrier d'acier de Norberto Barba en 1996. L'acteur n'abandonne cependant pas sa carrière de metteur en scène. En 1995, il signe Panther qui retrace l'origine du mouvement de lutte armée noir américain des Black panther. En 2002, il incarne Malcom X dans Ali de Michael Mann.