父親は洋服の仕立て屋（テーラー）だがほとんど面識がなく離れて暮らしていた[33]。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」（教育虐待も参照）と言われたという。異母兄にはデザイナー・山本寛斎がおり、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。
出演
映画

ワンダフルライフ（監督：是枝裕和、1999年） - 伊勢谷友介 役

金髪の草原（監督：犬童一心、2000年） - 日暮里歩 役

DISTANCE（監督：是枝裕和、2001年） - 勝 役

害虫（監督：塩田明彦、2002年） - コーヒーショップの見知らぬ男 役

月に沈む（監督：行定勲、2002年） - 昭午 / 尊臣 役

⇒カクト（監督：伊勢谷友介、2003年）

黄泉がえり（監督：塩田明彦、2003年） - 俊介 役

DEAD END RUN（監督：石井聰互、2002年）

赤い月（監督：降旗康男、2004年） - 氷室啓介 役

CASSHERN（監督：紀里谷和明、2004年） - 東鉄也 / キャシャーン 役（主演）

雪に願うこと（監督：根岸吉太郎、2006年） - 矢崎学 役（主演）

笑う大天使（ミカエル）（監督：小田一生、2006年） - 司城一臣 役

嫌われ松子の一生（監督：中島哲也、2006年） - 龍洋一 役

ハチミツとクローバー（監督：高田雅博、2006年） - 森田忍 役

出口のない海（監督：佐々部清、2006年） - 北勝也 役

パッセンジャー（監督：フランソワ・ロドゲール、2006年） - コウジ 役（主演）

図鑑に載ってない虫（監督：三木聡、2007年） - 俺 役（主演）

サイドカーに犬（監督：根岸吉太郎、2007年）- マンションの下見に来る客 役

伝染歌（監督：原田眞人、2007年） - 太一太一 役

スキヤキ・ウエスタン ジャンゴ（監督：三池崇史、2007年） - 源義経 役

クローズド・ノート（監督：行定勲、2007年） - 石飛リュウ 役

ブラインドネス（監督：フェルナンド・メイレレス、2008年） - 最初に失明した男 役

十三人の刺客（監督：三池崇史、2010年） - 木賀小弥太 役

人間失格（監督：荒戸源次郎、2010年） - 堀木正雄 役

あしたのジョー（監督：曽利文彦、2011年） - 力石徹 役

カイジ2 人生奪回ゲーム（監督：佐藤東弥、2011年） - 一条聖也 役

夢売るふたり（監督：西川美和、2012年） - 太田治郎 役

希望の国（監督：園子温、2012年） - 谷川 役

清須会議（監督：三谷幸喜、2013年） - 織田三十郎信包 役

利休にたずねよ（監督：田中光敏、2013年） - 織田信長 役

ザ・テノール 真実の物語（監督：キム・サンマン、2014年） - 沢田幸司 役

るろうに剣心 京都大火編 / 伝説の最期編（監督：大友啓史、2014年） - 四乃森蒼紫 役

ジョーカー・ゲーム（監督：入江悠、2015年） - 結城 役[34]

新宿スワン（監督：園子温、2015年） - 真虎 役

劇場版 MOZU（監督：羽住英一郎、2015年）- 高柳隆市 役

ジャングル・ブック（2016年） - シア・カーン 役（日本語吹替版）[35]