Figlio di genitori di origine russa, polacca, tedesca e francese, frequenta la Westminster School a Londra e studia recitazione presso il London Theatre Studio per poi debuttare all’età di diciassette anni al Players’ Theatre. Durante la Seconda guerra mondiale partecipa ad alcuni film di propaganda e comincia a scrivere, avviando così una carriera di drammaturgo e commediografo che proseguirà in parallelo con quella di attore e regista.

Dotato di un poliedrico talento interpretativo e notevole arguzia, dà prova di riuscire a passare con grande versatilità da ruoli brillanti, ironici e talvolta comici ad altri drammatici e duri. Come attore esordisce in Un volo senza ritorno (1942) di Michael Powell e Emeric Pressburger, e come regista, quattro anni dopo, in School for Secrets (Scuola per segreti - 1946).

Nel ’51 è straordinario nel ruolo di Nerone nel celebre kolossal Quo vadis? di Mervyn Le Roy - con Deborah Kerr e Robert Taylor - per poi recitare in Lord Brummel (1954) di Curtis Bernhardt, con Stewart Granger, Elizabeth Taylor e Robert Morley, biografia romanzata del famoso dandy omonimo vissuto all’inizio dell’Ottocento, ed in   Lola Montés (1955) di Max Ophuls. tratto dal romanzo di Cécil Saint-Laurent.

Nel ’60 vince il suo primo Oscar come Miglior Attore Non Protagonista per Spartacus di Stanley Kubrick, con Kirk Douglas, Jean Simmons, Laurence Olivier, Tony Curtis e Charles Laughton. Il secondo Oscar arriverà quattro anni dopo per l’avventuroso Topkapi (1964) di Jules Dassin, con Melina Merkouri e Maximilian Schell, tratto dal libro giallo di Eric Ambler Topkapi - La luce del giorno.

A partire dalla fine degli anni Settanta, il volto sornione e la graffiante ironia si esalteranno ancor di più in un ruolo che sembra fatto apposta per lui: quello del celebre detective belga Hercule Poirot, creato da Agatha Christie e già interpretato in modo superlativo da Albert Finney in Assassinio sull’Orient Express (1974) di Sidney Lumet.

Ustinov sarà Poirot per tre volte al cinema (Assassinio sul Nilo - 1978 - di John Guillermin, con Mia Farrow, David Niven e Angela Lansbury, Delitto sotto il sole- 1982 - di Guy Hamilton, con Maggie Smith, James Mason e Jane Birkin,  e Appuntamento con la morte - 1988 - di Michael Winner, con Lauren Bacall e John Gielgud) ed altrettante in televisione (nei film tv Agatha Christie: 13 a tavola - 1985 - di Lou Antonio, con Faye Dunaway e David Suchet - il futuro Poirot della nota serie televisiva che partirà nel 1989 e proseguirà per circa venticinque anni -,  Agatha Christie: Caccia al delitto - 1985 - di Clive Donner e Agatha Christie: Delitto in tre atti - 1986 - di Gary Nelson).  

Fra le altre rilevanti prove attoriali spicca quella del medico nel drammatico L’olio di Lorenzo (1992) di George Miller, con Susan Sarandon e Nick Nolte.

La sua carriera di regista vive il suo periodo migliore grazie a Giulietta e Romanoff (1961) satirica e parodia - da lui scritta, diretta ed interpretata - della tragedia shakespeariana Romeo e Giulietta, al drammatico Billy Budd (1962), con Terence Stamp e Robert Ryan, ed a Lady L (1965), con Sophia Loren, Paul Newman e David Niven.

Fra gli altri film ricordiamo  Odette (1950) di Herbert Wilcox,  Sinuhe l’egiziano (1954) e Non siamo angeli (1955) di Michael Curtiz, I girovaghi (1956) di Hugo Fregonese, che si svolge nella Sicilia del primo Novecento, Le spie (1957) di Henri-Georges Clouzot, con Curd Jurgens e Sam Jaffe, I nomadi (1960) di Fred Zinnemann, con Robert Mitchum e Deborah Kerr, A braccia aperte (1965) di Jack Lee Thompson, con Shirley MacLaine,  I commedianti (1967) di Peter Glenville, i disneyani Il fantasma del pirata Barbanera (1968) di Robert Stevenson, con Dean Jones e Suzanne Pleshette, e Il mistero del dinosauro scomparso (1975) di R. Stevenson, Milioni che scottano (1968) di Eric Till, La fuga di Logan (1976) di Michael Anderson, il poliziesco Doppio delitto (1977) di Steno, con Marcello Mastroianni, Ursula Andress, Jean-Claude Brialy e Gianfranco Barra,  Io, Beau Geste e la legione straniera (1977) di Marty Feldman, Ashanti (1979) di Richard Fleischer, con Michael Caine, Beverly Johnson e Kabir Bedi, Charlie Chan e la maledizione della regina drago (1981) di Clive Donner, con Angie Dickinson ed una giovane Michelle Pfeiffer,  C’era un castello con 40 cani (1990) di Duccio Tessari, Lo scapolo d’oro (1998) di Gary Sinyor,Luther - Genio, ribelle, liberatore (2004) di Eric Till.

Molto attivo anche in televisione, è apparso in numerosi film tv (Barefoot in Athens - 1966 - e Gideon - 1971 - di George Schaefer,  A Storm in Summer - 1970 - di Buzz Kulik, Burt Bacharach: Opus No. 3 - 1973 - di Dwight Hemion, Il ladro di Baghdad - 1978 - di Clive Donner, Imaginary Friends - 1983 - di Michael Darlow, Abgehort - 1984 - di Rolf von Sydow, The Orchestra - 1990 -, The Old Curiosity Shop - 1995 - di Kevin Connor, Alice nel paese delle meraviglie - 1998 - di Nick Willing, Salem Witch Trials - 2002 - di Joseph Sargent, Solstizio d’inverno - 2003 - di Martyn Friend) ed in alcuni episodi serie e miniserie (compresa la sua interpretazione di Erode in Gesù di Nazareth - 1977 - di Franco Zeffirelli, con Richard Powell).

Fra il ’52 ed il ’55 è con Peter Jones a In all directions, una nota commedia radiofonica della BBC basata sull’improvvisazione on the road incontrando personaggi vari. Nella sua attività come scrittore, oltre alla sua autobiografia Dear me (1977), ha pubblicato libri e racconti, soprattutto per bambini fra cui La controspia e Non chiamatelo naso (Mondadori 1990), usciti anche in Italia.

Personaggio dinamico ed eclettico, nonché poliglotta (parlava correntemente l’inglese, il francese, l’italiano, il tedesco, il russo, e anche un po’ di greco) oltre a dedicarsi alla direzione di opere liriche, al doppiaggio e ad interpretare musical in varie lingue, si è impegnato in maniera attiva con l’UNESCO e, dal 1968, è stato ambasciatore dell’UNICEF viaggiando per i vari Paesi raccogliendo fondi.