Stefano Accorsi nasce a Bologna il 2 marzo 1971.
Terminato il Liceo Scientifico "Sabin" nel 1990, nel '91 risponde ad un annuncio pubblicato sul "Resto del Carlino" dal regista Pupi Avati in cerca di attori per un suo film e, dopo pochi incontri, viene scelto per Fratelli e sorelle, girato negli Stati Uniti, con il quale vincerà l'Oscar dei giovani come miglior attore esordiente.
Appena tornato in Italia, si iscrive alla Scuola di Teatro di Bologna diretta da Alessandra Galante Garrone, diplomandosi nel '93.
Nel frattempo, nel '92, gira Un posto.
Entra in seguito nella Compagnia del Teatro Stabile dell'Arena del Sole di Bologna, e nel '93 recita in numerosi spettacoli classici, da "I sei personaggi in cerca d'autore" di Pirandello, a "Gli Innamorati al teatro comico", diretto da Nanni Garella. Ma la popolarità giunge con la partecipazione allo spot pubblicitario del gelato Maxibon Motta, diretto da Daniele Luchetti nel '94. Il suo "No comprendo" conquista immediatamente i suoi coetanei.
Dopo "Prove di abbordescion e Abbordescion", titolo dello spot del Maxibon Motta, e il film-tv Voci notturne di Fabrizio Laurenti e Pupi Avati, nel 1995 interpreta Alex, giovane studente del liceo classico, alle prese con amori, conflitti adolescenziali e prime delusioni, protagonista di Jack Frusciante è uscito dal gruppo, tratto dal romanzo del bolognese Enrico Brizzi e diretto dall'esordiente regista - altrettanto bolognese - Enza Negroni.
Nel '96 torna a teatro recitando in diversi spettacoli, tra cui "Le donne curiose", "Ista Laus pro nativitate et passione domini", "Fagiolino e Biavati caduti dalle nuvole" e Naja. Quest'ultimo, diretto da Angelo Longoni ed interpretato anche da Enrico Lo Verso, verrà poi tradotto sul grande schermo (1997).
Sempre nel 1996 recita nel film La mia generazione di Wilma Labate ed ottiene una piccola parte anche in Vesna va veloce di Carlo Mazzacurati.
Nel 1997 segue un Seminario Intensivo di Movimento Scenico e di Introduzione alla Bio meccanica Teatrale, con uno studio di Drammaturgia.
Nell'estate dello stesso anno viene richiamato da Luchetti per fare da protagonista nel suo nuovo film I piccoli maestri.
Il 1998 è un anno ricco di impegni.
Stefano infatti interpreta Freccia, personaggio principale del film Radiofreccia di Luciano Ligabue e, grazie alla sua splendida interpretazione, vince diversi premi: David di Donatello, Premio Amidei e Ciak d'Oro come migliore attore protagonista.
Lo ritroviamo ancora, insieme a Giovanna Mezzogiorno, nel film-tv Più leggero non basta, diretto da Elisabetta Lodoli.
Infine impersona il "bandito-gentiluomo" Horst Fantazzini - nella sua triste ma reale storia - nel film Ormai è fatta del regista Enzo Monteleone, grazie al quale vince la Grolla d'oro come attore protagonista.
Nel '99 si cala nei panni dell'avvocato Raffaele Della Valle per il film Un uomo perbene di Maurizio Zaccaro, che ripercorre la storia sul caso Tortora, con il quale gli viene attribuita un'altra Grolla d'oro.
Interpreta poi il ruolo di ragazzo-padre vittima della febbre del gioco nel film-tv Come quando fuori piove di Mario Monicelli.
Con l'inizio del nuovo millennio gli impegni di Stefano si moltiplicano: tra la fine del 1999 e quella del 2000 gira ben 4 film.
Capitani d'Aprile di Maria De Medeiros, in cui recita la parte dell'ufficiale Salgueiro Maia, uno dei leader dell'insurrezione del 1974 in Portogallo, passata alla storia come "Rivoluzione dei Garofani";
L'ultimo bacio di Gabriele Muccino, che mostra il desiderio di fuga, l'irrequietezza e l'incapacità di vivere tipici dei nostri tempi;
Le fate ignoranti di Ferzan Ozpetek, in cui recita nel ruolo di un ragazzo omosessuale vincendo, grazie alla sua splendida interpretazione, il Nastro d'Argento (premio dei giornalisti cinematografici al cinema italiano) come migliore attore protagonista, il Globo d’Oro dalla Stampa Estera in Italia e il Ciak d’Oro come migliore interprete;
La stanza del figlio di Nanni Moretti, dove lo vediamo paziente nevrastenico di Moretti-psicanalista.
A Londra gira in seguito Tabloid Tv, del regista David Blair, dove è un calciatore italiano che ama la bella vita e la cocaina.
Stefano gira anche, tra Venezia e Roma, il film-tv Il giovane Casanova, diretto da Giacomo Battiato, che è stato trasmesso da Canale 5 nel febbraio 2002.
Santa Maradona, del regista Marco Ponti, è il titolo del film che ha girato a Torino tra la primavera e l'estate 2001. E' stato il film italiano con il miglior incasso nel periodo autunno/inverno 2001.
Nel novembre del 2001 Stefano termina le riprese di Un viaggio chiamato amore, diretto da Michele Placido, in cui interpreta il poeta Dino Campana. Il film è stato in concorso alla 59^ Mostra Internazionale d'Arte Cinematografica a Venezia e, grazie alla sua magnifica recitazione, Stefano ha vinto la Coppa Volpi per la migliore interpretazione maschile.
Dopodiché si concede il cosiddetto "anno sabbatico" durante il quale trascorre molto tempo in Francia (ed impara il francese). Torna alla ribalta con la 60^ Mostra Internazionale d'Arte Cinematografica a Venezia, alla quale partecipa in veste di giurato.
Da novembre 2003 a febbraio 2004 gira, a Roma, il film Ovunque sei, diretto nuovamente da Michele Placido, nel ruolo di un medico del pronto intervento. In marzo inizia subito a girare un'altra storia, L'amore ritrovato, diretto da Carlo Mazzacurati, con Maya Sansa. Entrambi i film hanno partecipato alla 61^ Mostra Internazionale d'Arte Cinematografica a Venezia, il secondo fuori concorso.
Il 2005 vede un buon inizio: Provincia meccanica, il film d'esordio di Stefano Mordini, viene scelto come rappresentante dell'Italia al Festival di Berlino a febbraio. In ottobre esce Romanzo criminale, diretto ancora da Michele Placido, con un cast d'eccezione (Kim Rossi Stuart, Claudio Santamaria, Pierfrancesco Favino e Jasmine Trinca). Il film riscuote ampio successo di pubblico e di critica; verrà infatti candidato al Festival di Berlino 2006 come unico rappresentante dell'Italia. Con il termine del 2005, Accorsi conclude anche le riprese di 2 film francesi: "Les Brigades du Tigre" per la regia di Jerome Cornuau, uscito in Italia nel 2007 con il titolo Triplice inganno e Tutta colpa di Fidel (La faute à Fidel), dell'esordiente figlia d'arte Julie Gavras, presentato nel 2007 a ben 3 festival: la Festa del Cinema di Roma, il Sundance Film Festival e il Festival di Berlino. Nel 2006 Stefano Accorsi rientra in Italia per girare il toccante film di Ferzan Ozpetek Saturno contro, tornando così a lavorare con il regista dopo il successo de "Le fate ignoranti". Le riprese vengono però brevemente interrotte per un lieto evento: il 21 settembre 2006 Accorsi diventa papà di Orlando, figlio della sua unione con la modella-attrice Laetitia Casta. Ma gli impegni cinematografici continuano, di nuovo in Francia: nel 2007 gira 3 film, Un baiser s'il vous plait di Emmanuel Mouret (regista della divertente commedia "Cambio d'indirizzo"), Les deux mondes di Daniel Cohen e La jeunne fille et les loups di Gilles Legrand, dove recita per la prima volta al fianco di Laetitia Casta.
Nel 2008 e 2009 Stefano si divide tra il cinema e il teatro: gira, tra Francia e Lussemburgo, Baby Blues di Diane Bertrand, una commedia che ha per tema il desiderio della maternità, Je ne dis pas non di Iliana Lolic e Nous trois di Renaud Bertrand; da febbraio a maggio 2008 e da gennaio a marzo 2009 è impegnato nella tournée teatrale italiana di Il dubbio di John Patrick Shanley, per la regia di Sergio Castellitto. Lo spettacolo, che affronta il tema della pedofilia nella chiesa, vede Stefano Accorsi nel ruolo di un prete accusato di molestie sessuali ad un bambino e riscuote un ampio successo di pubblico.
Da luglio a settembre 2009 torna al cinema italiano per girare Baciami ancora, il seguito de "L'ultimo bacio", sempre diretto da Gabriele Muccino ed accompagnato da molti attori presenti nel primo film.
Durante le riprese, il 30 agosto nasce Athena, la sua seconda figlia.