Mathieu Amalric wurde 1965 in Neuilly-sur-Seine geboren. Der Sohn zweier Journalisten wuchs in einem intellektuellen Umfeld auf und studierte später orientalische Sprachen. Zum Filmfach fand der später vielfach ausgezeichnete Schauspieler durch seine Eltern, die beide für die französische Tageszeitung "Le Monde" tätig waren. In Moskau lernten sie den bekannten französisch-georgischen Regisseur Otar losseliani kennen. Dieser verpflichtete den nur 18 Jahre alten Mathieu für eine Nebenrolle in seiner Komödie "Die Günstlinge des Mondes" (1984). Amalric fand anfangs keinen großen Gefallen an der Schauspielerei und erschien erst ab Beginn der 1990er Jahre wieder auf der Leinwand. Er spielte kleine Rollen, darunter in Arnaud Desplechins Achtungserfolg "Die Wache" (1992). Mit Desplechin sollte sich später eine jahrelange Zusammenarbeit entwickeln. Auch war Mathieu Amalric erneut in Filmen von Otar losseliani zu sehen.
Sein Steckbrief als national bekannter Schauspieler beginnt offiziell mit dem Film "Ich und meine Liebe", bei dem er 1996 mitwirkte. Als bester Nachwuchsschauspieler wurde Amalric daraufhin für seine Leistung mit dem wichtigsten französischen Filmpreis "César" ausgezeichnet. Es folgten zahlreiche weitere Rollen im französischen Film, bis langsam, aber sicher die Talentscouts aus Hollywood auf den Charakterdarsteller aufmerksam wurden. 2005 spielte Mathieu Amalric eine Nebenrolle in Steven Spielbergs Agententhriller "München". Sein bislang größter internationaler Wurf wurde der Part des Bösewichts im "James Bond"-Streifen "Ein Quantum Trost" (2008). Zuvor hatte der Franzose in Julian Schnabels "Schmetterling und Taucherglocke" (2007) brilliert. Amalrics Part sollte ursprünglich von Johnny Depp gespielt werden. Der Schauspieler wurde dafür abermals mit dem "César" bedacht. Neben seiner Tätigkeit als Schauspieler arbeitete Mathieu Amalric bereits seit Mitte der 1980er Jahre als Regisseur. Sein letztes Werk hinter der Kamera war "L'illusion comique" (2010).