Arrivé en 1978 à Los Angeles, il tient son premier rôle à la télévision dans un téléfilm, City in fear. Ses apparitions dans 1941 de Steven Spielberg et La porte du paradis de Michael Cimino lui valent son rôle dans La fièvre au corps de Lawrence Kasdan. Il tourne ensuite dans Diner de Barry Levinson et enchaîne dans Rusty James de Francis Ford Coppola et dans Le pacte de Greenwich Village de Stuart Rosenberg et Eureka de Nicholas Roeg, aux côtés de Gene Hackman.
En 1985, il retrouve Michael Cimino pour L'année du dragon. Son rôle face à Kim Basinger dans 9 semaines et demie d'Adrian Lyne, fait de lui une star internationale. Celui d' Angel Heart d'Alan Parker, aux côtés de Robert de Niro confirme ce statut. En 1987, il est salué pour ses interprétations dans Barfly de Barbet Schroeder et L'Irlandais de Mike Hodges. On le retrouve ensuite dans Homeboy de Michael Seresin dont il écrit le scénario et qu'il a coproduit, Johnny Belle Gueule mis en scène par Walter Hill, Francesco de Liliana Cavani, La maison des otages, sous la direction de Michael Cimino, Sables mortels de Roger Donaldson.
Il tourne par la suite L'idéaliste de Francis Ford Coppola, Buffalo 66 de Vincent Gallo, puis Animal Factory de Steve Buscemi, The pledge de Sean Penn, Spun de Jonas Akerlund et Masked and anonymous de Larry Charles. On l'a vu également dans Desperado 2 : il était une fois au Mexique de Robert Rodriguez, Man on fire de Tony Scott et Sin City de Robert Rodriguez et Frank Miller d'après la BD culte de Miller. En 2005, on le retrouve dans Domino, où il tourne une nouvelle fois sous la direction de Tony Scott. L'année suivante, il est à l'affiche de Alex Rider Stormbreaker de Geoffrey Sax.
Mickey Rourke revient, une nouvelle fois, sur le devant de la scène avec The Wrestler (2008) réalisé par Darren Aronofsky. Il y incarne un catcheur sur le retour, rôle pour lequel il a reçu le Golden Globe du meilleur acteur en janvier 2009.
