Paul Dillon a commencé sa carrière sur les planches de Chicago.
Il est ainsi apparu dans des pièces de théâtre de certaines productions comme Killer Joe, Hellcab, The Conquest of South Pole, Hauptmann, Custer, Jane Eyre, Serious Money, The Three Musketeers et Peer Gynt.

Il est aussi le fondateur et le directeur artistique du Chicago's Bang Bang Spontaneous Theatre.
Il a produit la représentation de Hellcabs à Los Angeles, une des pièces de Chicago jouée le plus longtemps.
En plus d'être le producteur, il a également repris le rôle qu'il jouait dans cette pièce à Chicago.

Il a commencé sa carrière à l'écran en 1994 dans le film Blink où il interprétait le rôle de Neal Booker, mais c'est certainement dans le rôle de Patty O'Brien dans le film Austin Powers: International Man of Mystery qu'il s'est fait le plus connaitre du grand public.
Le film le plus récent dans lequel il ait joué est P.S. Your Cat is Dead sorti en 2002 où il interprète le rôle de Pidgeon.

Paul Dillon est aussi apparu dans de nombreuses séries TV, comme NYPD Blue, CSI: Miami, The Guardian, avant d'obtenir un rôle récurrent dans la série The Pretender (Le Caméléon).
Plus récemment il a fait une apparence dans le rôle de Ezekiel dans la nouvelle série de la chaine ABC: Night Stalker

A noter: Il est apparu dans le pilot de la série Millennium