Nacido en Karlsruhe, fue criado por su madre en Stuttgart. Estudió en Múnich en la Otto-Falckenberg-Schule entre 1982 y 1985, debutando en el Theater der Jugend.

Trabajó en los teatros estatales de Ulm, Darmstadt y Berlín, interpretando, entre otros clásicos, a Friedrich Schiller y Johann Wolfgang von Goethe. Sus actuaciones en televisión y cine se especializaron en series policiales. Su consagración llegó al interpretar a Andreas Baader en Todesspiel, sumándose a sus actuaciones en Dance with the Devil - The Kidnapping of Richard Oetker, y como Klaus Mann en The Manns - A Novel of the Century, ganando el premio Adolf Grimme Award por ambos en 2002.

Encarnó a Claus von Stauffenberg en Stauffenberg para la televisión alemana en 2004 y al arquitecto Albert Speer en Speer und Er.

Su fama internacional llegó en 2006 con La vida de los otros, ganadora del Óscar de la Academia.^[1]​^[2]​

Puso voz al personaje Kurt Waldner en el videojuego de 2018 11-11 Memories Retold, ambientado en la Primera Guerra Mundial.

Koch vive en Berlín con su hija, producto de su relación con la periodista Birgit Keller.^[3]​ Ha sido pareja de la actriz Anna Schudt^[4]​ y de la actriz holandesa Carice van Houten.^[5]​

• Der Tunnel (2001)
• Amen (2002)
• Stauffenberg, conocida como Operación Valkiria (2004)
• Tödlicher Umweg, conocida como Deadly Diversion (2004)
• Speer und Er (2005)
• La vida de los otros (2006)
• Black Book (2006)
• Sea Wolf (2009)
• Unknown (2011)
• Ve stínu (2012)
• A Good Day to Die Hard (2013)
• Bridge of Spies (2015)
• La chica danesa (2015)
• Never Look Away (2018)
• Bel Canto: la última función (2018)
• En nombre de la rosa (miniserie) (2019)

• 2001 - German Television Awards nomination - Der Tunnel.
• 2002 - Grimme Award - Die Manns; Bavarian Television Award ("Blue Panther")- Dance with the Devil.
• 2003 - DIVA Award; Napoleon.
• 2004 - Golden Gong Stauffenberg; nominación por mejor actor.
• 2005 - Blue Panther - Speer und Er.
• 2006 - Die Quadriga - The Lives of Others (con Ulrich Mühe y Florian Henckel von Donnersmarck).
• 2006 - Bambi - Mejor actor.

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• Sebastian Koch Sitio oficial
• Sebastian Koch en Internet Movie Database (en inglés).
• Fotografías de Sebastian Koch