Le père de Vittorio Storaro est projectionniste au Lux Film Studio. À l'âge de 11 ans, il commence à étudier la photographie. À l'âge de 18 ans, il poursuit sa formation cinématographique au Centro Sperimentale di Cinematografia. Il commence sa carrière professionnelle comme cadreur. Il rencontre Bernardo Bertolucci pour la première fois sur le tournage de "Prima della rivoluzione" en 1964. En 1968, il devient directeur de la photographie, pour la première fois, avec "Giovinezza, giovinezza" de Franco Rossi. La collaboration entre Storaro et Bertolucci s'étend sur la quasi-totalité des films de celui-ci entre 1970 ("La stratégie de l'araignée") et 1993 ("Little Buddha"). Pour "Apocalypse Now", en 1979, Francis Ford Coppola le laisse libre de concevoir l'aspect visuel du film. Il obtient pour ce travail l'Oscar de la meilleure photographie. Deux autres Oscars suivront pour "Reds" en 1982 et pour "Le Dernier Empereur" en 1988. Il est membre du jury à la Mostra de Venise en 1987 et au Festival de Cannes en 1991. En 2001, Vittorio Storaro reçoit l'American Society of Lifetime Achievement Award de la photographie En 2005, il est président du jury au Festival international du film de Thessalonique et du Festival international de Locarno.