Noah Wyle est issu d'une famille de trois enfants. Son père, Stephen Wyle, est ingénieur en électricité et sa mère, Marty Wyle (née Marty Speer), est infirmière.
Pendant ses études au lycée, Noah Wyle participe à un programme de théâtre à l'Université de Northwestern et apparait dans des pièces de théâtre.
Après avoir été repéré, il prend des leçons auprès du professeur de théâtre
Larry Moss, vivant alors dans un petit appartement sur Hollywood Boulevard. Ses premières apparitions à l'écran sont dans des mini-séries de télévision et dans le film Crooked Hearts en 1990.
C'est cependant pour le rôle du Dr John Carter dans la série Urgences que Noah Wyle se fait connaître aux yeux du grand public et connaît la renommée. Avec 255 épisodes, Noah Wyle est l'acteur qui a le plus participé à cette série. Il est aussi connu pour avoir incarné Steve Jobs dans le film Les Pirates de la Silicon Valley, et le personnage de Flynn Carson, héros des trois téléfilms Les Aventures de Flynn Carson (The Librarian).
En 2009, Noah Wyle a été choisi par
Steven Spielberg pour interpréter le rôle principal d'une série produite par Spielberg et portant sur l'invasion de la Terre par des extra-terrestres (sortie prévue en 2011).
Noah Wyle est marié depuis le 6 mai 2000 à la maquilleuse de cinéma Tracy Warbin. Le couple a un fils, Owen Strausser Speer Wyle, né le 9 novembre 2002, et une fille, Auden Wyle, née le 15 octobre 2005.
Le couple a annoncé sa séparation le 15 janvier 2010.
Noah Wyle est végétarien.