Fils d’une actrice et d’un musicien, Jeremy Sisto vit avec sa mère et sa sœur après le divorce de ses parents. Très tôt, il joue dans diverses pièces de théâtre et ambitionne de devenir acteur. Pendant ses années de lycée, il apparaît dans Grand Canyon de Lawrence Kasdan et après des études à l’université de Californie, il enchaîne les castings.

Dans les années 1990, Sisto est choisi pour interpréter plusieurs personnages au cinéma, la plupart du temps secondaires aux côtés de jeunes acteurs de la même génération que lui, comme dans Clueless, Lame de fond, Suicide Kings, Bongwater, Some Girl et This Space Between Us. A noter qu’il passe en 1997 l’audition pour jouer le rôle de Jack dans Titanic qui est attribué à Leonardo Dicaprio.

En 2001, jusqu’à l’arrêt de la série en 2005, Jeremy Sisto trouve l’un de ses rôles les plus importants dans Six feet Under d'HBO. Dans cette histoire à la fois profonde et originale d’une famille travaillant dans les pompes funèbres, l’acteur campe le frère instable de Brenda, petite amie de l’aîné de la famille Fisher jouée par Rachel Griffiths.

Parallèlement, l’acteur s’affiche dans l’horrifique Détour mortel par le biais d’une sympathique victime des cannibales, dans le drame adolescent Thirteen en tant que jeune petit ami toxicomane de famille Holly Hunter et dans May où il cherche à tort à établir le contact avec une marginale qui s'avère être dangereuse.

Le début des années 2000 constitue sans nul doute la période de sa carrière la plus fructueuse sur grand écran.

Malgré cette forte activité au cinéma, c’est à la télévision qu’il axe l'orientation générale de sa carrière. En témoigne son personnage du détective Cyrus Lupo dans la série policière New York - Police judiciaire de 2007 à 2010, ancien flic de l'anti-terrorisme et nouveau partenaire de Ed Green (Jesse L. Martin) après le meurtre de son frère.

Continuant à enchaîner les rôles méconnus au cinéma parallèlement à ses prestations plus marquantes dans les séries, Jeremy Sisto se glisse dans la peau d'un autre personnage central dans la série comique Suburgatory annulée au bout de 3 saisons. En 2016, le comédien revient à l’horreur avec The Door où il tient le haut l'affiche en compagnie de Sarah Wayne Callies.