Noriega es el pequeño de siete hermanos y el único de ellos que se ha dedicado a la interpretación. Su primera vocación fue la música y por ello estudió durante cinco años solfeo, armonía, coral y piano en el conservatorio de su ciudad natal. Se radicó en Madrid a estudiar en la Escuela de Arte Dramático, viviendo sus años universitarios en el Colegio Mayor Universitario Santa María de Europa. Sus primeras incursiones en el cine fueron en varios cortos con directores, entonces noveles, como Alejandro Amenábar, con quién más adelante realizaría dos películas.

Su carrera comenzó al participar en la película Tesis y primer papel protagonista en Abre los ojos, por el cual obtuvo su primera candidatura al Goya a la Mejor Interpretación Masculina. Más tarde, tuvo otra nominación al Goya por la película El Lobo rodada en 2005 donde él es el protagonista principal.

Su primera película fue Historias del Kronen, rodada en 1994.

Desde entonces, ha intervenido en películas tan taquilleras como Nadie conoce a nadie de Mateo Gil o El espinazo del diablo de Guillermo del Toro.

En Plata quemada, del argentino Marcelo Piñeyro, se puso en la piel de un ladrón que huía de la policía junto a Leonardo Sbaraglia.

Desde el 8 de mayo de 2016 el actor cuenta con una estrella en el paseo de la fama de Tetuán de Santander