David Boreanaz se prédestine tout d'abord à une carrière sportive dans le football américain, avant qu'une sérieuse blessure au genou ne l'amène à se reconvertir. Diplômé de cinéma de l'Ithaca College de New York, il devient accessoiriste pour le théâtre, mais c'est en promenant son chien dans la rue que le jeune homme se fait remarquer : il se voit proposer un petit rôle de figuration dans le film d'action Aspen extreme en 1993.

Cette expérience le pousse à devenir acteur. David Boreanaz enchaîne les pièces de théâtre tout en vivant de petits boulots. La consécration de l'acteur arrive en 1996, lorsqu'il est choisi pour incarner le ténébreux vampire Angel de la série télévisée Buffy contre les vampires, avec Sarah Michelle Gellar. Il tient ce rôle durant les trois premières saisons, puis devient en 1999 le héros de sa propre série, Angel.

Après 5 années de bons et loyaux services, il troque son habit de vampire pour celui d'agent spécial du FBI dans la série Bones. Aux côtés de sa partenaire à l'écran, Emily Deschanel, il enquête sur des séries de meurtres peu communs dont seuls les os révéleront la cause de la mort.

Sa réussite télévisuelle permet au comédien de se tourner davantage vers le cinéma. Ainsi, en 2001, David Boreanaz intègre la distribution du film d'épouvante Mortelle St-Valentin aux cotés de Denise Richards, et il apparaît l'année suivante dans la comédie romantique Autour de Lucy, dans lequel il a pour partenaire Monica Potter.