Vincent Cassel debuteerde in 1995 met de rol van een probleemjongere in de buitenwijken van Parijs in de film La Haine. Daarna speelde hij een grote variëteit aan rollen in o.a. L’ Appartement (1996), Dobermann (1997) en Irréversible (2002).
Internationaal is hij vooral bekend door zijn rollen in Ocean’s Twelve (2004) en Ocean’s Thirteen (2005) en Black Swan (2010). Hij speelde in films als Birthday Girl (2001) en Eastern Promises (2007). In de Shrek-films is hij de stem van Monsieur Hood.
Voor de film Mesrine (2008) ontving hij de belangrijkste Franse filmprijs, een César, en de prijs voor beste acteur op het filmfestival van Tokyo.
In 1996 leerde Vincent Cassel Monica Bellucci kennen bij de opnamen van de film L’Appartement. Ze trouwden in augustus 1999 met elkaar en speelden samen in diverse films. In augustus 2013 gingen ze na 14 jaar uit elkaar. Cassel en Bellucci hebben samen twee dochters, Deva en Leonie.