Jeho otec je Dán a Matka Američanka. Své dětství strávil na několika různých místech v Argentině, Venezuele a Dánsku. Díky čemuž hovoří plynule španělsky a dánsky. V jedenácti letech se společně s rodiči vrátil zpět do USA. Herectví začal studovat ve škole Warrena Robertsona "Theatre Workshop" v New Yorku, kde získal svou první divadelní roli.
Po škole se rozhodl odjet do Los Angeles, kde se seznámil se svou budoucí ženou Exene Cervenkovou (1987-1997), hlavní zpěvačkou punkové skupiny X, se kterou má syna. Přestože jeho první filmová role byla malá, podařilo se mu ji získat ve velmi úspěšném kriminálním dramatu s
Harrisnem Fordem Svědek "Whitness" (1985). Dalšími vedlejšími rolemi se prodíral po několik následujících let. Významnou roli získal v dramatu a režijním debutu
Seana Penna Indiánský posel "The Indian Runner" (1991), kde si zahrál vietnamského veterána po boku
Davida Morseho.
O dva roky později si zahrál s hereckou legendou
Al Pacinem v kriminálním dramatu
Carlitova cesta "Carlito's Way". S dalšími hereckými osobnostmi
Genem Hackmanem a
Denzelem Washingtonem v thrilleru
Krvavý příliv "Crimson Tide" (1995). Stejný rok si ještě zahrál Lucifera ve filmu Boží armáda "The Prophecy".
Výraznější průlom v herecké kariéře získal v dramatu s
Nicole Kidman a
Johnem Malkovichem Portrét dámy "The Portrait of a Lady" (1996), kde si zahrál ve vedlejší roli nápadníka
Nicole Kidman. S dalsí sexy Hollywoodskou celebritou
Demi Moore si zahrál v akčním vojenském filmu
"G.I. Jane" (1997).
Jen o rok později si zahrál významnou roli v thrilleru
Dokonalá vražda "A Perfect Murder" spolu s
Michaelem Douglasem a
Gwyneth Paltrow. Ve filmu si zahrál milence
Gwyneth, který je vydíraný
Douglasem, aby ji zabil.
V roce 1999 si zahrál hlavní mužskou roli v romantickém filmu
Procházka po měsíci "A Walk on the Moon". O rok později si se
Sandrou Bullockovou zahrál ve filmu
28 dní "28 Days". Název filmu je podle osmadvacetidenní odvykací kůře v léčebně pro pacienty závislé na alkoholu a drogách, kde se Gwen (
Sandra Bullock) snaží odvyknout pití alkoholu.
Největší průlom v jeho kariéře nastal, když získal roli Aragorna místo herce Stuarta Townsenda (jenž byl z natáčení odvolán) v trilogii
J.R.R.Tolkiena Pán prstenů. Celá trilogie se natáčela na Novém Zélandě 18 měsíců (Viggo se k natáčení připojil o 4 měíce později). První díl
Pán prstenů - Společenstvo prstenu "The Lord of the Rings: The Fellowship of the Ring" byl uveden do kin v roce 2001. Film se ihned stal absolutní jedničkou, která bořila statistiku nejen v návštěvnosti, ale i tržbách. Spolu s
Elijahem Woodem (Frodo),
Ianem McKellenem (Gandalf – čaroděj),
Liv Tyler (Arwen - elfka) a
Orlando Bloomem (Legolas Greenleaf) se stali středem zájmu všech světových médií.
Druhý díl
Pán prstenů - Dvě věže "The Lord of the Rings: The Two Towers" byl uveden do kina o rok později a kopíroval úspěchy prvního dílu. Třetí pokračování
Pán prstenů - Návrat krále "The Lord of the Rings: The Return of the King" bude uvedeno do kin v USA v roce 2003 (u nás pravděpodobně na počátku roku 2004).
Je také uznávaným básníkem (kniha básní „The Last Night"), fotografem a malířem. V roce 2002 založil nezávislé vydavatelství Perceval Press, které se soustředí na neznámé autory fikce a poezii, jakož i vydávání kritických spisů. Cílem vydavatelství je publikovat texty, obrázky a nahrávky, kterým by se jinou cestou nedostalo publicity. Mortensen vystavoval svou fotografickou kolekci "Miyelo" v losangeleské Stephen Cohen Gallery a ve washingtonské Addison Ripley Gallery.
V roce 2005 vytvořil hlavní roli ve filmu
Davida Cronenberga,
Dějiny násilí. Objevil se zde v roli Toma Stalla, který žije poklidným životem, ale jediná noc od základu změní život celé jeho rodiny. Tom svou rozhodností zmaří loupež, ke které došlo v jeho bistru, ale v sebeobraně při tom zabije dva z hledaných kriminálníků. Je prohlášen hrdinou, ale ...