David Strathairn frequentou o Williams College, onde demonstrou grande interesse pelo teatro e fez amizade com John Sayles, com quem mais tarde colaboraria com frequência. Strathairn formou-se na faculdade e viajou para a Flórida para visitar o avô, mas o avô morreu enquanto Strathairn estava a caminho. Strathairn, encontrando-se recém-chegado e sem amigos na Flórida, decidiu em vez disso ingressar no Ringling Brothers Clown College e subsequentemente trabalhou como palhaço durante seis meses num circo itinerante.

Mudando-se para o estado de Nova York, passou vários anos a viajar de boleia pelos Estados Unidos para trabalhar em teatros locais durante os verões. Durante um desses verões, Strathairn reencontrou Sayles, e isso eventualmente resultou no seu papel no altamente aclamado Return of the Secaucus Seven (1979), a estreia na realização de Sayles. Depois disso, Strathairn desenvolveu um extenso currículo de papéis secundários, que se tornaram cada vez mais substanciais à medida que a sua estatura na indústria crescia; filmes notáveis incluem Lovesick (1983), Silkwood (1983), L.A. Confidential (1997) e A Map of the World (1999). Sayles escala Strathairn com frequência, cujas atuações podem ser vistas em The Brother from Another Planet (1984), Matewan (1987), Eight Men Out (1988), City of Hope (1991) e Passion Fish (1992), de Sayles. Talvez o mais notável das suas colaborações com Sayles seja a sua excelente atuação ao lado de Mary Elizabeth Mastrantonio em Limbo (1999).

Após uma série de papéis secundários bem-sucedidos no início dos anos 2000, Strathairn viu-se lançado no papel de protagonista com a sua atuação como Edward R. Murrow em Good Night, and Good Luck. (2005), de George Clooney. Assumindo o papel do icónico jornalista no drama a preto e branco, Strathairn obteve numerosas menções a prémios, incluindo uma nomeação para o Óscar de Melhor Ator. Após o sucesso desse filme, Strathairn transitou facilmente entre filmes independentes de baixo orçamento — The Notorious Bettie Page (2005), The Sensation of Sight (2006), My Blueberry Nights (2007) e Howl (2010), entre eles — e produções de Hollywood de grande orçamento, incluindo We Are Marshall (2006), The Spiderwick Chronicles (2008), tanto The Bourne Ultimatum (2007) como The Bourne Legacy (2012), e o biopic de Steven Spielberg Lincoln (2012), no qual interpreta o Secretário de Estado William Seward.

Strathairn também trabalhou extensivamente em televisão, e tornou-se primeiro familiar aos telespectadores como o chefe da personagem-título na série The Days and Nights of Molly Dodd (1987). Além do trabalho de narração para muitos programas da PBS, Strathairn apareceu nas séries de TV Big Apple (2001), The Sopranos (1999), Monk (2002), e liderou o elenco da série de ficção científica Alphas (2011). O seu trabalho em filmes para televisão rendeu-lhe um Emmy Award por Temple Grandin (2010) e uma nomeação para o Emmy por Hemingway & Gellhorn (2012).