Rory Cochrane recibió un galardón como parte del elenco de Argo, proyecto dirigido y protagonizado por Ben Affleck que recibió el premio a la mejor película en la edición de 2012 de los Oscar. También ha compartido otros galardones con sus compañeros de dicho proyecto, como el premio del Sindicato de Actores al mejor reparto, gracias a su papel, en el que interpretaba a uno de los embajadores estadounidenses que son retenidos en Irán tras un asalto a la embajada. Entre sus créditos cinematográficos más recientes destacan otro drama basado en hechos reales titulado Parkland y el thriller de terror Oculus: El espejo del mal, estrenado en 2013 en el Festival de Cine Internacional de Toronto. Próximamente se estrenará el drama de guerra independiente Soy Negro, en el que participa Cochrane.

El actor nació en Nueva York y pasó gran parte de su infancia en Inglaterra, aunque finalmente regresó a Manhattan para estudiar la escuela La Guardia High School of Performing Arts. En su primer papel importante interpretó al hijo del personaje de Jeff Goldblum en el drama Fathers and Sons. Entre sus primeros papeles destacan el de Slater, el joven porrero de Movida del 76, una película de Richard Linklater; el de Billy Mack Black, el demente asesino tatuado de Amor del calibre 45; y el de Lucas en Empire Records.

Posteriormente intervino en The Low Life y Ciudad de perros, ambas del director George Hickenlooper; Nadie es perfecto, de Joel Schumacher, en la que compartió cartel con Philip Seymour Hoffman y Robert De Niro; Estafadores, con Vince Vaughn y Ed Harris; La guerra de Hart, junto a Colin Farrell y Bruce Willis; A Scanner Darkly (Una mirada a la oscuridad), en la que volvió a trabajar con Richard Linklater; Enemigos públicos, de Michael Mann, protagonizada por Johnny Depp y Christian Bale; Passion Play, con Bill Murray y Mickey Rourke; y Bringing Up Bobby, protagonizada por Milla Jovovich.

Cochrane es famoso en la pequeña pantalla por su papel en el que interpreta a Tim Speedle en CSI: Miami, un personaje habitual de la serie desde 2002 a 2004. Posteriormente intervino junto a Jon Voight en siete episodios de la exitosa serie 24. Entre sus proyectos televisivos también destacan la galardonada miniserie de la TNT The Company, protagonizada también por Michael Keaton y Chris O'Donnell.