Nato a Bologna nel 1971, vive la sua infanzia nel paese dei suoi genitori, in una frazione di Budrio, Bagnarola. Dopo la maturità scientifica al Liceo Sabin, si iscrive alla Scuola di Teatro Alessandra Galante Garrone di Bologna, spinto da una piccola esperienza nel film Fratelli e sorelle (1991), avuta rispondendo a un annuncio di Pupi Avati sul Resto del Carlino. Subito dopo il film è protagonista in telefilm per ragazzi destinati all’home video e prodotti dalla San Paolo Audiovisivi, con il titolo Il videocatechismo.

Nel 1992 è coprotagonista insieme con Andrea Santonastaso, figlio del comico Pippo Santonastaso, nel film di Luigi Zanolio Un posto. Nel 1993 si diploma ed entra nella Compagnia del Teatro Stabile di Bologna.

L’anno successivo lavora in una serie di spot pubblicitari per il gelato Maxibon; la battuta in inglese maccheronico «Du gust is megl che uan» diviene un tormentone ed entra nell’immaginario collettivo. Nel 1995 appare nel videoclip degli 883, Una canzone d’amore.

Nel 1996 con il film Jack Frusciante è uscito dal gruppo, tratto dal romanzo di Enrico Brizzi, ottiene un inaspettato successo, che dà inizio alla carriera cinematografica, consacrata con Radiofreccia, film di Ligabue al debutto come regista col quale vince un David di Donatello.

Nel 2001 recita nel film di Gabriele Muccino L’ultimo bacio, a fianco di Giovanna Mezzogiorno e di Stefania Sandrelli, oltre che in Santa Maradona di Marco Ponti.

Nel 2002 vince la Coppa Volpi al Festival di Venezia, come migliore attore con il film Un viaggio chiamato amore. Sempre a Venezia nel 2004 in Ovunque sei Accorsi si mostra nudo ma il film viene fischiato dal pubblico

Nel 2005 partecipa a Romanzo Criminale nei panni del Commissario Nicola Scialoja. Oltre che a Gabriele Muccino e a Michele Placido, Accorsi è molto legato professionalmente al regista Ferzan Özpetek con cui gira prima Le fate ignoranti nel 2001 dove interpreta il ruolo di un omosessuale che si confronta con la vedova del suo amante, e Saturno contro del 2007. Nel 2006 esce in Francia il film Tutta colpa di Fidel (La Faute a Fidel), tratto dall’omonimo romanzo di Domitilla Calamai e diretto da Julie Gavras che ottiene grande successo anche negli Stati Uniti e in Gran Bretagna, pur non essendo ancora uscito in Italia, come del resto La jeune fille et le loups (2008) di Gilles Legrand, in cui recita per la prima volta accanto alla compagna Laetitia Casta. Nel 2008 torna a recitare in teatro interpretando il ruolo di un prete accusato di pedofilia, nel dramma, Premio Pulitzer, Il dubbio, per la regia di Sergio Castellitto.

Durante il Festival di Sanremo 2009, nella serata di mercoledì 18 febbraio, ricorrenza del compleanno del cantautore genovese Fabrizio De André, ha cantato insieme con la P.F.M. e un altro attore, Claudio Santamaria, la celebre canzone Bocca di Rosa, mostrando buone doti canore.

Nel 2010 è protagonista di Baciami ancora, sequel de L’ultimo bacio, diretto ancora da Gabriele Muccino.

Nel 2011 è protagonista insieme con Pierfrancesco Favino nel film commedia La vita facile diretto dal regista Lucio Pellegrini e recita nel film Ruggine. Nel 2012 torna in teatro con Furioso Orlando, una rilettura dell’Orlando Furioso con la regia di Marco Baliani e, in Tv, interpreta il ruolo del magistrato Esposito nella fiction di successo in otto puntate andata in onda a gennaio 2013 su Canale 5, Il clan dei camorristi.

Nel 2015 torna sugli schermi della TV italiana con 1992, serie TV nata da una sua idea e nella quale interpreta uno spregiudicato pubblicitario ai tempi di Tangentopoli, seguita nel 2017 da 1993 e nel 2019 da 1994. Nel 2017 è nel cast del film di Sergio Castellitto, Fortunata. La pellicola è stata presentata in concorso al Festival di Cannes mentre la sceneggiatura è stata scritta da Margaret Mazzantini, moglie del regista.

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