Mathieu Amalric commence sa carrière cinématographique par la petite porte: tout d'abord accessoiriste, puis cantinier, il passe ensuite stagiaire à la mise en scène sur au revoir les enfants de Louis Malle (1987).
En 1995, il se fait remarquer pour son rôle dans le journal du séducteur, puis en 1996 il est récompensé du César du meilleur espoir masculin pour Comment je me suis disputé...(ma vie sexuelle). Il devient alors l'un des acteurs les plus en vue du cinéma français. Dix ans après son premier César, il en reçoit un second, pour Rois et reine puis un troisième pour le scaphandre et la papillon.
Non content de faire une carrière exemplaire en France, Mathieu Amalric joue en 2005 pour Steven Spielberg dans Munich, face à Daniel Craig. Il retrouvera l'acteur en 2008 pour Quantum of Solace, le vingt-deuxième film de la franchise 007, dans lequel il incarne le grand méchant de l'histoire.