Diplomatosi al Centro Sperimentale di Cinematografia nella sezione di Ripresa Cinematografica, a ventun anni è già operatore alla macchina in ‘Pugni, pupe e marinai’ di Daniele D’Anza. Nel 1966 è assistente operatore nel primo film di Bernardo Bertolucci, ‘Prima della Rivoluzione’ e nel 1968 è per la prima volta direttore della fotografia in ‘Giovinezza, giovinezza’ di Franco Rossi. Dopo aver lavorato con Dario Argento in ‘L’uccello dalle piume di cristallo’, nel 1970 torna a lavorare con Bertolucci in ‘La strategia del ragno’, film che segna l’inizio di una feconda collaborazione fra Storaro e il regista. Fra i titoli, ‘Il conformista’ (1970), ‘Ultimo tango a Parigi’, (1972), ‘Novecento’ (1976). Nel 1979 gira il film che lo consacra, ‘Apocalypse Now’ di Francis Ford Coppola, con il quale vince nel 1980 il suo primo Oscar per la migliore fotografia; il secondo lo ottiene nel 1982 per ‘Reds’ di Warren Beatty (1981) e nel 1988 per ‘L’ultimo imperatore’ di Bertolucci (1987), con il quale vince anche il David di Donatello 1988. Nel 1991 Storaro viene premiato con il Nastro d’Argento e il BAFTA per ‘Il tè nel deserto’, mentre nel 1994 ottiene il Nastro d’Argento per ‘Il piccolo Buddha’. Nel 1998 per ‘Tango’ di Carlos Saura vince il Gran Premio per la tecnica a Cannes e il Nastro d’Argento. Nella sua carriera ha collaborato con registi come Luigi Bazzoni, Giuseppe Patroni Griffi, Fabio Carpi, Giuliano Montaldo, Salvatore Samperi, Luca Ronconi, Bernardo Bertolucci, Francis Coppola, Warren Beatty, Carlos Saura ed Alfonso Arau. E’ stato il più giovane a ricevere l’American Society of Cinematographers Lifetime Achievement Award e, dopo Sven Nykvist, l’unico premiato che non fosse cittadino americano. E’ stato membro della giuria del festival di Venezia nel 1987 e di Cannes nel 1991. Ha ricevuto tre Lauree Honoris Causa: dall’Università di Łodz in Polonia, dalla facoltà di Sociologia dell’Università di Urbino e dall’accademia di Belle Arti di Macerata. Si è battuto perché si usasse la dizione “cinematografia di” anziché”fotografia di” e aspira che in tutto il mondo si ottenga il riconoscimento legislativo del diritto di autore per tutti gli autori della fotografia cinematografica. Ha ideato il sistema di ripresa Univisium, a 35 mm con la pellicola a tre perforazioni, e una composiz. 1:2 ritenendolo adatto allo stesso tempo sia per il cinema che per la televisione, nell’era digitale. Sistema che lui ha utilizzato per la prima volta nel 2000 per le riprese della miniserie tv “Dune”.