Bakers Mutter Elizabeth Labberton war Englischlehrerin an einer Highschool; sein Vater arbeitete als Hausmeister und Mechaniker. Die Eltern ließen sich früh scheiden und seine Mutter heiratete ein zweites Mal. Er hat eine Schwester und drei jüngere Halbgeschwister. Nach seinem High-School-Abschluss begann er in Sydney eine Ausbildung als Krankenpfleger, die er aber frühzeitig abbrach.
Als Schauspieler trat er erstmals 1987 in dem Spielfilm Midnight Magic in Erscheinung. Nach einer Reihe von Auftritten in verschiedenen Fernsehserien, unter anderem in der australischen Seifenoper Home and Away und der auch in Deutschland ausgestrahlten Serie Heartbreak High, erhielt er für seinen Auftritt in der Seifenoper E Street einen Logie Award, einen renommierten australischen Fernsehpreis als „Beliebtester Jungschauspieler“ (Most Popular New Talent).
1997 spielte er eine Rolle in dem Spielfilm L.A. Confidential des Regisseurs Curtis Hanson, durch die er einem größeren Publikum bekannt wurde. Es folgten weitere Filmproduktionen, so unter anderem in Wer mit dem Teufel reitet (1999), Red Planet (2000), The Ring 2, Land of the Dead und Das hält kein Jahr…!. In den Fernsehserien The Guardian – Retter mit Herz und The Mentalist übernahm er jeweils die Hauptrolle. Für letztgenannte Serie erhielt er 2009 eine Emmy-Nominierung. 2010 war er für einen Golden Globe als Bester Serien-Hauptdarsteller nominiert und auch für einen Screen Actors Guild Award als Bester Darsteller in einer Fernsehserie. In der Kategorie Best TV Crime Fighter war er für den People’s Choice Award 2011 nominiert. In fünf The Mentalist-Episoden führte Baker Regie. Im Februar 2013 erhielt Baker einen Stern auf dem Hollywood Walk of Fame. Mit dem Film Breath gab Baker im Jahr 2017 sein Regiedebüt. 2020 spielte er in dem Action-Thriller High Ground – Der Kopfgeldjäger.
Baker war von 1998 bis 2021 mit der Schauspielerin Rebecca Rigg verheiratet. Das Paar hat eine Tochter und zwei Söhne. Im Januar 2021 gaben sie ihre Trennung bekannt.
Auszeichnungen und Nominierungen
2002: Nominierung in der Kategorie Bester Serien-Hauptdarsteller – Drama für The Guardian – Retter mit Herz
2010: Nominierung in der Kategorie Bester Serien-Hauptdarsteller – Drama für The Mentalist
2009: Nominierung in der Kategorie Bester Hauptdarsteller in einer Drama-Serie für The Mentalist
2010: Nominierung in der Kategorie Bester Darsteller in einer Dramaserie für The Mentalist
2000: Nominierung in der Kategorie Bester Hauptdarsteller – Mini-Serie oder TV-Film für Secrets Men’s Business
2010: Nominierung in der Kategorie Bester Serien-Hauptdarsteller – Drama für The Mentalist
2018: Nominierung in der Kategorie Bester Film für Breath
2018: Nominierung in der Kategorie Beste Regie für Breath
2018: Nominierung in der Kategorie Bestes adaptiertes Drehbuch für Breath
2018: Auszeichnung in der Kategorie Bester Nebendarsteller für Breath
2021: Nominierung in der Kategorie Bester Hauptdarsteller für High Ground – Der Kopfgeldjäger
2012: Auszeichnung in der Kategorie Robert-Altman-Preis für Der große Crash – Margin Call
2011: Nominierung in der Kategorie Bestes Schauspielensemble für Der große Crash – Margin Call