Comédien à partir de 1985, Dean Norris doit attendre de longues années avant que son talent ne soit reconnu par le plus grand nombre. Au début de sa carrière, il fait ses armes essentiellement dans des téléfilms et quelques séries, mais toujours dans des petits rôles. Sa carrure imposante et son visage dur le conduisent à incarner majoritairement des flics ou des agents des forces spéciales dans des longs-métrages tournés vers l'action. Ainsi, au début des années 90, il figure aux génériques de succès du genre comme L'arme fatale 2, Total Recall, Gremlins 2, Terminator 2 ou La Firme. Mais ses apparitions se limitent à de la quasi-figuration.
Son charisme commence toutefois à faire ses preuves et à séduire les directeurs de casting qui lui font de plus en plus confiance pour des jouer des personnages plus importants. En 1995, il apparaît dans un épisode de X-Files dans le rôle d'un marshal qui donne du fil à retordre à Mulder et Scully. La même année, il joue dans trois épisodes de la série judiciaire Murder One, acclamée par la critique. D'autres séries emblématiques l'accueillent le temps d'un passage comme Urgences, Walker Texas Ranger, Le Caméléon, 24 ou Six Feet Under. En parallèle, on le retrouve au cinéma dans Bienvenue à Gattaca, Starship Troopers, Little Miss Sunshine ou The Cell. Son nom n'est pas évocateur pour le public mais son visage n'est plus tout à fait inconnu.
En 2003, il obtient pour la première fois un rôle régulier dans une série. Mais Tremors, qui raconte l'histoire d'une petit ville du Nevada en proie à un monstre rampant, ne dure que 13 épisodes avant de disparaître dans la plus grande discrétion. Il enchaîne ensuite, encore et toujours, les petits rôles dans des séries, surtout policières. On le croise notamment dans Cold Case, NCIS, FBI : Portés Disparus, Medium, Bones, Esprits Criminels, Lie To Me... Il parvient de temps en temps à changer d'univers comme en témoignent ses courtes venues dans A la maison Blanche, Lost ou True Blood. Mais c'est en 2008 qu'il connait enfin le succès grâce à Breaking Bad. Dans cette série de Vince Gilligan, lequel ne l'avait pas oublié depuis son passage dans X-Files où il était scénariste, il interprète Hank, le beau-frère policier du héros tourmenté Walter White (Bryan Cranston). La série gagne en popularité au fil des saisons, de même que son personnage, un chouchou du public. Le rythme de tournage lui permet de venir dans d'autres shows en parallèle. En 2011, il participe ainsi à trois épisodes des Experts et se confrontent aux enquêteurs de Body Of Proof, Castle ou Mentalist. Désormais, c'est lui qui fait l'événement. Une fois le tournage de la dernière saison de Breaking Bad achevé, il rejoint l'équipe d'Under The Dome, l'adaptation télévisée du roman de Stephen King. Le gentil Hank n'est plus : il devient Jim Rennie, un homme égoïste et violent. Le show accroche instantanément les américains.
