Klein wuchs in Hinsdale im US-Bundesstaat Illinois auf und zog als Teenager nach Omaha in Nebraska. Schon in der Highschool wurde ihm seine erste Rolle als Schauspieler vom RegisseurAlexander Payne angeboten, der in Kleins Schule (Millard West High School) nach Drehorten für den Film Election suchte. Danach besuchte Klein die Texas Christian University, wo er Darstellende Kunst studierte.
Anfang 2004 verlobte sich Klein mit seiner langjährigen Freundin, der Schauspielerin Katie Holmes, 2005 trennten sie sich jedoch.
Im Februar 2005 wurde Klein wegen Fahrens unter Alkoholeinfluss festgenommen.
Im August 2015 heiratete er Laina Rose Thyfault. Die Eheschließung erfolgte auf einer Ranch im Bundesstaat Montana.