Favino est né à Rome, en Italie. Il est apparu dans plus de quarante films et séries télévisées européens depuis le début des années 1990, notamment Le Dernier Baiser de Gabriele Muccino, Les Clefs de la maison de Gianni Amelio, L'Inconnue de Giuseppe Tornatore et Saturne contre tous de Ferzan Özpetek.

En 1999, il a joué dans le film HBO Cadavres exquis, adaptation du roman homonyme d'Alexander Stille. Il a reçu le David di Donatello - l'équivalent italien de l'Oscar - en 2006 pour son rôle dans le film policier Romanzo Criminale, réalisé par Michele Placido.