À la télévision, il incarne le Dr. Robert Yeats dans la cinquième saison de La Vie à tout prix (Chicago Hope). En 2010, il prête ses traits à Daniel Graystone dans Caprica.
Il a par ailleurs été initialement choisi pour interpréter le rôle de Marty McFly dans le film Retour vers le futur, car Michael J. Fox, que les scénaristes souhaitaient embaucher, était retenu sur le sitcom Sacrée Famille. Mais après cinq semaines de tournage, le réalisateur Robert Zemeckis et le producteur Steven Spielberg jugèrent que la prestation d'Eric Stoltz, bien qu'irréprochable sur le plan technique, n'était pas assez drôle pour le film[1]. Finalement Michael J. Fox put se libérer et interpréter le rôle de Marty, et toutes les scènes réalisées avec Eric Stoltz furent retournées. Un clin d'œil à cela apparaît dans le 16e épisode de la saison 2 de Fringe. Dans l'univers parallèle, on peut apercevoir l'entrée du cinéma indiquant « Back to the Future, starring Eric Stoltz » (en français : « Retour vers le futur, avec Eric Stoltz »). Sorti en 2023, le film The Flash introduit lui-aussi une réalité alternative où Eric Stoltz interprète le rôle de Marty McFly.
Autre rendez-vous manqué en 2001, il a été envisagé par le diffuseur FX pour interpréter le rôle de flic corrompu Vic Mackey, personnage principal de la série The Shield. Le showrunner Shawn Ryan le proposa à Stoltz qui semblait intéressé, mais c'est finalement Michael Chiklis qui décrochera le rôle lors du casting[2].