Abans de dedicar-se a la interpretació, fou dibuixant i il·lustrador en diversos diaris novaiorquesos. Debutà en el teatre el 1951, i el 1955 seguí els cursos de l’Actor’s Studio de Lee Strasberg. Interpretà nombroses sèries televisives, entre les quals destaquen Outer Limits (1963) i, sobretot, Mission: Impossible (1966-69), que el projectà com un dels actors més populars en aquest mitjà. Fou també destacada la seva trajectòria a Broadway (Middle of the Night, 1957). Debutà en el cinema el 1959 (Pork Chop Hill, de Lewis Milestones) i, tot i que protagonitzà pocs films, és un dels actors secundaris més destacats de la història del cinema. Sobresurten, entre d’altres, els films North by Northwest (1959), d’Alfred Hitchcock; Cleopatra (1963), de Joseph L. Mankiewicz; Tucker: The Man and His Dream (1988), de Francis Ford Coppola; Crimes and Misdemeanors (1989), de Woody Allen; Max and Helen (1990), de Philip Saville; Ed Wood (1994), de Tim Burton, pel qual el 1995 guanyà l’Oscar al millor actor de repartiment, i The Majestic (2001), de Frank Darabont.