Dileep Rao más recientemente le hemos visto en el éxito de taquilla de James Cameron Avatar, la película más recaudadora de todos los tiempos. Anteriormente, en 2009, Rao debutó en el cine con un papel protagonista en el la terrorífica Arrástrame al infierno de Sam Raimi.

Rao nació en Los Ángeles, pero la profesión de sus padres (su madre es física y su padre ingeniero) llevaron a la familia por todo el mundo. De hecho, Rao había viajado a más de 20 países a la edad de ocho años y pasó parte de su infancia en Arabia Saudí.

Su eterna fascinación con las ciencias naturales le impulsaron a convertirse en estudiante de medicina en la Universidad de California, San Diego, con la seria intención de formarse como cirujano. No obstante, en la universidad, tras apuntarse a clases de interpretación, descubrió su interés por el teatro. Esto le llevó a participar en La Jolla Playhouse Summer Conservatory, donde se formó con la directora Anna Shapiro, ganadora de un Tony. Obtuvo su Equity card (tarjeta que demuestra la pertenencia a una asociación de actores de teatro) interpretando diversos papeles dramáticos y, en última instancia, decidió abandonar su formación como médico en favor de su formación como actor.

El año siguiente, Rao ingresó en el American Conservatory Theater de San Francisco. Tras graduarse, obtuvo un papel en la obra Indian Ink de Tom Stoppard. Otras obras posteriores del actor incluyen una gira con el Manhattan Theatre Club, así como diversas obras en South Coast Rep, Berkley Rep y la inauguración del Kirk Douglas Theatre en Los Ángeles. Ha colaborado con destacados directores teatrales como Les Waters, Gordon Davidson, David Emmes y Carey Perloff, y guionistas de la talla de Joe Hortua, Charles Busch, y Charles L. Mee en dos de sus estrenos mundiales.

Aparte de actuar, la educación internacional de Rao así como su amplia gama de conocimientos y experiencias le permitieron convertirse en campeón de Jeopardy, con una de las puntuaciones más altas del programa en un solo día.