Es uno de los realizadores clave aparecidos en Francia en los últimos diez años y ha sabido transformar su éxito europeo en una impresionante carrera en Estados Unidos. Después de trabajar con estrellas de la talla de Jodie Foster y Nicole Kidman, dirigió su primera película en inglés, Gothika, un thriller sobrenatural protagonizado por Halle Berry, Robert Downey Jr y Penélope Cruz. Pronto empezará a dirigir el thriller de ciencia-ficción Babilón, a partir de un guión suyo, para Twentieth Century Fox, Légende Films y su productora, MNP.

Fue elegido por la revista "Newsweek" como una de las siete personas que moldearán el futuro del cine. Fue muy aclamado como director y realizador de la película El odio, por la que ganó el Premio al Mejor Director en Cannes 1995, un César al Mejor Guión y otro al Mejor Montaje.

Después de realizar tres cortos para Canal +, escribió, dirigió y actuó por primera vez en la comedia romántica interracial Métisse. A continuación dirigió El odio y Asesino(s), en la que trabajó Michel Serrault. En 2000 dirigió el thriller Los ríos de color púrpura, protagonizada por Jean Reno y Vincent Cassel.

Como actor, se le conoce sobre todo por su papel protagonista en la sensación mundial Amélie, con Audrey Tautou, dirigida por Jean-Pierre Jeunet.

Al poco de empezar su carrera como actor, ganó el César al Mejor Actor Novel por su interpretación en Regarde les hommes tomber/Mira a los hombres caer, de Jacques Audiard. También hemos podido verle en películas como El quinto elemento, de Luc Besson; Ilusiones de un mentiroso, de Peter Kassovitz; y con Nicole Kidman en Oscura seducción, de Jez Butterworth. En 2002 fue nominado a un César al Mejor Actor por su interpretación en el drama acerca del holocausto Amén, de Costa-Gavras.