Sorvino begynte sin karriere som tekstforfatter i et reklamebyrå. Mens han studerte ved The American Musical and Dramatic Academy, bestemte han seg for å begynne på en karriere innenfor teater og skuespill. Sorvino gjorde sin debut på Broadway i 1964 med musikalen , og seks år senere medvirket han i sin første film, Sorvino grunnla Paul Sorvino Astma Foundation, med det mål å bygge sentre for å forebygge astma både blant barn og voksne over hele USA. Fra 2000 til 2002 hadde Sorvino hovedrollen som Frank DeLucca i TV-dramaserien .