Né au Danemark, Giancarlo Esposito déménage avec ses parents à Manhattan lorsqu’il a 6 ans. Son père étant charpentier et machiniste et sa mère chanteuse d'opéra, le petit garçon évolue dans un milieu le poussant rapidement à pratiquer le théâtre. A huit ans, il apparait ainsi à Broadway dans la pièce "Maggie Flynn" via un rôle d’enfant esclave.

Pendant les années 1980 et 1990, Giancarlo Esposito prend part à une multitude de séries et films, toujours par le biais de rôles peu importants. On peut ainsi le voir dans Deux flics à Miami et sur grand écran dans Taps (1981), Un fauteuil pour deux (1983), Cotton Club (1984), Do the Right Thing (1989), The King of New York (1990), Malcolm X (1992) ou encore Usual Suspects (1995) où il campe un inspecteur enquêtant sur le mystérieux Keyser Söze. En 1996, il participe même au clip California de Mylène Farmer. Ses personnages gagnant sensiblement en importance et sa forte cadence de tournage en font petit à petit un visage connu du public bien que n’ayant jamais de rôles centraux.

Côté petite lucarne, Giancarlo Esposito obtient des rôles plus conséquents dans des séries policières, puisqu’il campe le Détective Paul Gigante dans Bakersfield P.D (1993) et surtout l'agent du FBI Mike Giardello dans Homicide (1998). Durant les années 2000, l’acteur continue de s’illustrer dans des seconds rôles au cinéma, à l’image du biopic Ali mis en scène par Michael Mann où il se glisse dans la peau de Cassius Marcellus Clay, Sr., le père du champion de boxe campé par un Will Smith tout en muscles. Mais c’est surtout dans les genres policiers et thrillers que le comédien s’affiche, par le biais de rôles secondaires, à l'image de Hate Crime, L'impasse, de la rue au pouvoir, Dérapage, The Box ou encore Alex Cross.

Les choses changent en 2009 lorsqu’il est choisi pour se glisser dans la peau d’un personnage très important de la série culte Breaking Bad. Il incarne Gustavo 'Gus' Fring, impitoyable baron de la drogue aussi puissant qu’intelligent. Ce rôle devenu culte lui permet d’exploser aux yeux du grand public. Fort de ce succès, Giancarlo Esposito est de manière logique davantage sollicité par le petit écran qui lui propose des rôles plus conséquents. Il est ainsi Tom Neville, l’un des personnages principaux de la série de science-fiction post-apocalyptique Révolution de 2012 à 2014.

Parallèlement, l’acteur n’oublie pas le cinéma, comme en témoignent ses participations à diverses productions dont Le Labyrinthe : La Terre brûlée (2015), suite du lucratif film d’aventure et de SF pour adolescents Le Labyrinthe.