Di padre calabrese,
Rodrigo Santoro ha lasciato Petropolis a vent'anni, per frequentare Scienze della Comunicazione all'università, studiando teatro a tempo perso. Debutta in televisione nella soap opera 'Olho no Olho' (1993) a cui segono molte altre telenovelas fino a che Paulo Aragao e Alexandre Boury lo scelgono come protagonista per il loro film "O Trapalhão e a Luz Azul" (1999). È stato poi diretto da
Walter Salles nella pellicola
"Disperato Aprile" (2001) e si è calato inaspettatamente nell'insolito ruolo di un transessuale di nome Lady D, nella pellicola di "
Hector Babenco Carandiru" (2003). Nello stesso anno è in "Charlie's Angels: più che mai" (2003) di McG, mentre il regista inglese
Richard Curtis gli ha fatto vestire i panni del collega timido di
Laura Linney, in
"Love Actually" (2003). Nel 2004 vince il Premio Chopard quale rivelazione maschile a Cannes ed ultimamente è uno dei protagonisti del kolossal
"300" (2007) diretto da
Zack Snyder, nel ruolo del re dei persiani, Serse.