Originaire de Melbourne (Australie), Ben Mendelsohn démarre sa carrière dans des séries télévisées australiennes au milieu des années 80. The Year My Voice Broke sera le premier long-métrage où il obtient un rôle principal, en 1987. Il jouera pendant longtemps dans des productions australiennes comme The Big Steal en 1990 ou Cosi en 1996, avant d'obtenir dans des films plus internationaux.
Vertical Limit sera son premier gros film américain, en 2000. Après de longs passages par la télévision, il se retrouve en 2005 dans le film de Terrence Malick Le Nouveau Monde aux côtés de Colin Farrell. Il rentre chez lui en 2008 pour tourner dans le film de Baz Luhrmann Australia avec les deux acteurs australiens les plus en vogue du moment, Nicole Kidman et Hugh Jackman. Il sera ensuite un des personnages de Le Sens De La Vie Pour 9 Dollars 99 en 2009, puis dans Prédictions avec Nicolas Cage. La même année, il retrouve ses racines dans le film sensation de David Michôd, Animal Kingdom.