Natural de Roma, Kim Rossi Stuart empezó a actuar a los cinco años de la mano de su padre, Giacomo. Estudió teatro y pronto empezaría con pequeños papeles producciones televisivas como Fantaghiro.

Su aparición en Il Ragazzo dal Kimono d’Oro, lanzó su carrera al estrellato en Italia. Su filmografía está compuesta por los títulos Pinocchio, de Roberto Begnini, La Ballata dei Lavavetri, de Peter del Monte, I Giardini dell'Eden, de Alessandro D'Alati, Poliziotti, de Giulio Base, Cuore Cattivo, de Umberto Marino, Más allá de las Nubes, de Michelangelo Antonioni y Wim Wenders, Senza Pelle, d'Alessandro D'Alati y Un'Altra Vita, de Carlo Mazzacurati.