Vittorio Storaro intraprende la sua carriera all'inizio degli anni Sessanta con i fratelli Luigi e Camillo Bazzoni. Diventato aiuto operatore, nel 1963 incontra Bernardo Bertolucci e con lui lavora al film Prima della rivoluzione. Sull'importanza di questo incontro Storaro afferma: "Questa esperienza mi ha aperto un altro mondo, quello visivo. Chi fa studi tecnologici tende a formare chi si occupa di cinematografia in modo tecnico, come un esecutore. Poi c'è la necessità di qualcuno, che di solito è il regista, che dice cosa fare".

Nel 1968 debutta come direttore della fotografia nel film Giovinezza di Franco Rosi. Comincia così la sua grande carriera, coronata da tantissimi successi e premi di livello internazionale. Lavora con Bernardo Bertolucci nei film Il conformista (1970), L'ultimo tango a Parigi (1972), Novecento (1976), La luna (1979), L'ultimo imperatore (1987), Il te nel deserto (1990).

Raggiunta la notorietà all'estero viene chiamato da Francis Ford Coppola e con lui collabora ad Apocalypse now (1979), One from the heart (1982), Tucker: The man and his dream (1988). Cura la fotografia di Reds (1982) e Dick Tracy (1990), entrambi diretti da Warren Beatty. Nel corso della sua carriera riceve tre premi Oscar: per Apocalypse now, Reds e L'ultimo imperatore.

Il 3 giugno del 2000 dirige la fotografia di uno spettacolo particolare: la diretta tv de La traviata (di Giuseppe Verdi), rappresentazione ideata da Andrea Andermann e diretta da Giuseppe Patroni Griffi.

Accanto all'attività pratica, Storaro affianca l'insegnamento all'Accademia cinematografica dell'immagine dell'Aquila. Di questa esperienza dice: "In ogni secolo c'è stata una forma espressiva che ha guidato le altre. Questo è il secolo dell'immagine. Per questo motivo è fondamentale studiare tutte le espressioni d'arte che circondano la parola immagine".