2004年2月にクロアチアのプーラで行われたヨーロッパアマチュアボクシング選手権でのスーパーヘビー級（91kg超）に出場し、決勝でロシアのアレクサンデル・ポベトキンに敗れ銀メダルを獲得した。2004年8月のアテネオリンピックのスーパーヘビー級（91kg超）に出場し、準決勝でまたもロシアのアレクサンデル・ポベトキンに敗れて銅メダルを獲得した。2005年11月に綿陽市で行われた世界ボクシング選手権のスーパーヘビー級（91kg超）に出場し、準決勝でロシアのローマン・ロマンチュクに敗れて銅メダルを獲得した。尚、ロマンチュクは決勝でキューバのオドラニエル・ソリスに敗れ銀メダルを獲得した。
両親はバジリカータ州の人で、父のアンジェロ・カンマレーレはリオネーロ・イン・ヴルトゥレ、母のジョヴァンナ・カラフェはフィリアーノの出身であり、彼が生まれる前にチニゼッロ・バルサモに移住してきた。職業は警官である。
小室は、このV2プロジェクト実現のための舞台裏作業を一手に引き受けたが、そのことが彼にプロデュース業の面白さを教えることとなり、後の小室ブームを生み出すきっかけとなった。プロジェクトの総製作費に約7千万円かかったことで吉見佑子が何も考えてないも同然で2人を合わせた事を小坂洋二に叱責された際、「それは二人に言ってほしいよ」と思った。2人はユニットの戦略について「2人だけで考えて業界に爆弾を落としただけで、音楽雑誌の編集部・レコード会社を一般の高校生や女の子と同じ感覚で驚いてくれて面白かった。外部からのオファーだったらやらなかった」「アーティストが業界を引っ掻き回して、その現象を商品として残したかった」と総括している。小室とYOSHIKIの関係はその後も続き、2002年にはYOSHIKIが小室のユニットであるglobeに加入した（2005年よりYOSHIKIを加えた活動時はglobe extremeを名乗る）。V2としての活動はその後一切行われていないが、2007年12月16日に小室哲哉が自身のMyspaceのブログで「possibilityとしては0%か100%だけどYOSHIKIと先日TELでV2を必ずやろうと盛り上がりました」と書いている。「背徳の瞳〜Eyes of Venus〜」は小室哲哉が2011年にリリースしたコンピレーション・アルバム『TK BEST SELECTION IN EPIC DAYS』にリマスターされた音源が収録されているほか、小室哲哉の2012年のリミックス・アルバム『Digitalian is remixing』にピアノ・ソロ・バージョンが収録されている。2015年2月25日放送の大型音楽番組『スカパー!音楽祭』（BSスカパー!）では、小室哲哉のソロで「背徳の瞳〜Eyes of Venus〜」を披露した。ピアノは武部聡志が担当。小室はショルダーキーボードの演奏に加え、久々となるボーカルも披露した。番組のトップバッターで披露した。
幼少期を北海道・函館市（五稜郭町）で過ごした。父親は洋服の仕立て屋（テーラー）で、異母兄にはデザイナー・山本寛斎がいる（兄弟ではあるものの伊勢谷は父親が53歳9か月の時の子であり、山本とは30歳以上年が離れている）。また、女優の山本未來は2歳年上だが、姪にあたる。父親とはほとんど面識がなく離れて暮らしていた。母子家庭で育ったが、母親は大変教育熱心で、「私はあなた達には学歴しか残す事ができない」と言われたという。妹がおり、妹も海外の大学に留学した。子供の頃から絵を書くことが得意で、東京藝術大学に現役合格して進学。デザイナーである石岡瑛子や兄・山本の影響もあり、当初はファッションデザインの道に進もうと考えたが、同校では映像について学んだ。また学生時代については、3浪・4浪が当たり前の芸大出身ということもあり、同学年は年上の人間ばかりだったと述懐している。運動神経も抜群。学生時代は水泳のインストラクターをしており、子どもたちにかなり懐かれていた。大学在学中の1996年（平成8年）、モデルとしての活動を開始。以後、CM・雑誌、ファッションショーなどに出演、ファッションブランド 「プラダ」のミラノコレクションにも参加した。また同年、『天使の涙』のプロモーション番組 『地球に落ちてきた天使』に、金城武と監督のウォン・カーウァイとともに出演した。翌1997年（平成9年）、東京藝術大学のメンバー3人で結成したアーティストグループ、『カクト』の活動を開始した。さらに1998年（平成10年）、『ワンダフルライフ』（公開は1999年（平成11年）で映画初出演している。2002年（平成14年）には、初監督作品『カクト』が劇場公開された。2008年（平成20年）より、「リバース・プロジェクト（Rebirth Project）」の活動を開始。2009年（平成21年）、NHKのスペシャルドラマ『白洲次郎』の三部作に、テレビドラマ初出演した。翌2010年（平成22年）には、NHK大河ドラマ『龍馬伝』の高杉晋作役に抜擢され、第三部より出演。この年の第61回NHK紅白歌合戦の審査員にも選ばれている。翌年2月に公開予定の映画『あしたのジョー』の力石徹の役作りのために、3か月以上にもおよぶ過酷なトレーニングを行い、体重を67kgから57kg・体脂肪率を15%から3 - 4%へ減量して撮影に臨んだ。2011年の東北地方太平洋沖地震（東日本大震災）に際しては自ら「元気玉プロジェクト」と題する復興支援を積極的に行い、その一環として福島第一原子力発電所事故でできなかった福島県相馬郡飯舘村の子供たちの卒園式・卒業式の開催を企画・実施するなどしている。2017年（平成29年）、宮藤官九郎脚本のテレビドラマ『監獄のお姫さま』で民放の連ドラに初出演を果たす。