علیرضا خمسه در ۹ بهمن ماه سال ۱۳۳۱ در زنجان به دنیا آمد. وی فارغالتحصیل رشته روانشناسی از دانشگاه شهید بهشتی است. خمسه در سال ۱۳۵۷ به فرانسه رفت و یک سال و نیم در مدرسه ون سن، آتلیه اگوستوبوال و آتلیه سیته یونیورسیته پاریس، دورههای مربوط به پانتومیم، حرکات بدنی و بازیگری را فراگرفت. در سال ۱۳۵۹ به ایران بازگشت و در سال ۱۳۶۰ برای اولین بار مقابل دوربین سینما رفت و در فیلم مرگ یزدگرد بازی کرد. نوع خطوط چهره خمسه و تسلط او بر حرکات صورت (میمیک) و نرمیای که در حرکات بدنش وجود دارد، از همان ابتدای ورود او به حیطه بازیگری، توجه کارگردانهای کمدیساز را به خود جلب کرد و بعد از فیلم جدی مرگ یزدگرد برنامهسازان تلویزیون سراغ او رفتند و در برنامههایی مانند «نوروزنامه»، «هوشی و موشی»، «بورزید و بخندید»، «حواستو جمع کن» و «نگاه سوم» به اجرای قطعات نمایشی طنز پرداخت.
در سال ۱۳۶۷، خمسه در فیلم روز باشکوه ساخته کیانوش عیاری در کنار «علی نصیریان» «ایرج طهماسب» و «گوهر خیراندیش» بازی کرد. هرچند این فیلم از سوی تماشاگران با اقبال خوبی روبهرو شد، اما بازی در مجموعه تلویزیونی «هوشیار و بیدار» که سال ۱۳۶۷ از تلویزیون پخش شد، خمسه را بین مخاطبان کوچک و بزرگ به شهرت رساند. در همان سال که کیومرث پوراحمد فیلم خوب لنگرگاه را ساخت، خمسه در نقشی متفاوت در آن ظاهر شد. او در این فیلم، نقش «حمزه» را بازی میکرد که در مسافرخانهای در شهر بندرعباس کار میکرد و پناهگاه دو نوجوانی شده بود که از تهران گریخته و به بندرعباس رفته بودند.
در سال ۱۳۶۹ با بازی در فیلم آپارتمان شماره ۱۳ به کارگردانی یدالله صمدی در کنار زندهیاد «جمشید اسماعیلخانی» پرداخت. در این فیلم، خمسه صاحب آپارتمانی در تهران بود که برای فروش آن از کرمان به تهران آمد. او با بیان خوب لهجه کرمانی و بازی روان خود توانست جایزه بهترین بازی را از جشنواره بینالمللی فیلم پیونگیانگ کره شمالی در سال ۱۹۹۲ ازآن خود کند. این فیلم در جشنواره نامزد ۷ سیمرغ بود و برنده ۲ سیمرغ نیز شد.
در سال ۱۳۷۲ «ابوالحسن داوودی» فیلم من زمین را دوست دارم را ساخت. در این فیلم، خمسه نقش مردی فضایی را با گریمی متفاوت بازی کرد. بازی خوب خمسه و تروکاژهای تصویری این فیلم من زمین را دوست دارم را با اقبال خوبی از سوی تماشاگران روبهرو کرد. در همین سال حسن هدایت فیلم چشم شیطان را با ژانری حادثهای و متفاوت از دیگری کارهای خمسه، مقابل دوربین برد و نقش اول آن را به خمسه داد. در این فیلم، بازی پرتنش و فعال، او را کاندیدای بهترین بازیگر نقش اول مرد در سال ۱۳۷۲ و دوازدهمین جشنواره فیلم فجر کرد. چشم شیطان از این دوره جشنواره نامزد دریافت ۵ سیمرغ و برنده ۳ سیمرغ شد. در همان سال، خمسه مجموعه «بشین، پا شو، بخند» را برای گروه کودک و نوجوان شبکه اول ساخت و در سال ۱۳۷۸ در مجموعه تلویزیونی «میگی نه؟ نگاه کن!» حضور یافت.
در سال ۱۳۸۷ خمسه در فیلم «بیست» به ایفای نقش پرداخت و بهخاطر بازی در این فیلم موفق به دریافت جایزه سیمرغ بلورین بهترین بازیگر مرد مکمل از بیست و هفتمین دوره جشنواره فیلم فجر شد. علیرضا خمسه در مجموعه پایتخت ۱، پایتخت ۲، پایتخت ۳ و پایتخت ۴ نقشی متفاوت را در نقش «بابا پنجعلی» ایفا کرد که مورد استقبال فراوان مخاطبان قرار گرفت.