З 11 років навчався фотографії. У 18-річному віці вступив до італійської кіношколи Centro Sperimentale di Cinematografia. З 1962 року працював асистентом оператора, у 1969 році зняв свій перший фільм як оператор-постановник — Giovinezza, Giovinezza.
Вітторіо Стораро працював з багатьма відомими кінорежисерами. Протягом двадцяти років він співпрацював з Бернардо Бертолуччі і зняв для цього режисера 8 фільмів, включаючи такі, як «Конформіст» (1970 рік), «Останнє танго в Парижі» (1972 рік), «Двадцяте століття» (1976 рік) і «Останній імператор» (1987 рік).
У США Стораро відомий за фільмами Френсіса Ф. Копполи та Уоррена Бітті. За свій другий американський фільм — «Апокаліпсис сьогодні» Копполи (1979 рік) — Стораро отримав «Оскар», а через два роки знову удостоївся цієї престижної нагороди за роботу в картині Бітті «Червоні» (1981 рік). Втретє Стораро отримав «Оскар» за фільм «Останній імператор», а в 1991 році номінувався, але не отримав приз за роботу в «Діку Трейсі».
У 1990-х роках також співпрацював з Карлосом Саурою. За «Танго», один з чотирьох фільмів цього режисера, знятих Стораро, він відзначений технічним гран-прі Каннського кінофестивалю.