Родился в бруклинском районе Нью-Йорка в семье еврейских эмигрантов из Румынии и Польши. С 1956 по 1959 год служил в морской пехоте в Ливане, награждён медалью экспедиционных вооружённых сил. Учился в Актёрской студии Ли Страсберга и Стеллы Адлер. Около 10 лет работал в небольших театрах. В это время познакомился с кинорежиссёром Мартином Скорсезе, у которого снялся в фильме «Кто стучится в мою дверь?» Сотрудничество со Скорсезе продолжилось в фильмах «Алиса здесь больше не живёт» (1974), «Злые улицы» (1972), «Таксист» (1976), «Последнее искушение Христа» (1988).

В конце 1970-х годов снимался в европейских фильмах. Кейтель должен был играть в фильме «Апокалипсис сегодня» (1979) Фрэнсиса Форда Копполы, однако роль получил Мартин Шин. После этого в карьере наступил некоторый спад; в основном, играл второстепенные роли.

Возвращение состоялось в 1988 году, когда Кейтель сыграл Иуду Искариота в «Последнем искушении Христа» Скорсезе. Затем последовали роли в «Тельме и Луизе» (1991) Ридли Скотта и в «Багси» (за роль был номинирован на премию «Оскар»). В 1992 году продюсировал первый фильм Квентина Тарантино «Бешеные псы», в котором также исполнил одну из главных ролей. В продолжение сотрудничества с Тарантино в 1994 году сыграл роль в «Криминальном чтиве», а в 1995 — в «От заката до рассвета».

В 2002 году на Московском кинофестивале был удостоен премии имени Константина Станиславского.