Fa coppia fissa da anni con la collega Monica Bellucci ed è papà affettuoso della piccola Deva, eppure la sua immagine è sempre quella di un adorabile scavezzacollo sensibile al fascino femminile. Figlio d'arte (suo padre Jean-Pierre Cassel è uno degli interpreti più apprezzati della cinematografia francese), Vincent Cassel nasce a Parigi il 23 novembre 1966. Figlio di un attore e di una giornalista, cresce nel quartiere degli artisti di Montmartre. Ha solo diciassette anni quando decide di iscriversi ad una scuola di circo e per qualche tempo "esercita" come acrobata e clown. Dal tendone del circo al grande schermo il passo è breve e nel 1991, Cassel viene scelto per interpretare un piccolo ruolo nel film Les clés du Paradis di Philippe de Broca.

L'incontro che cambia e indirizza la sua carriera avviene però due anni dopo: Mathieu Kassovitz lo sceglie per il suo Meticcio e ha inizio un sodalizio professionale che li vede uniti in più pellicole, da L'odio (per il quale Cassel ottiene la nomination al César come miglior attore emergente) a I fiumi di porpora. Nel 1996, sul set del film L'appartamento, incontra una giovane attrice italiana in trasferta in Francia, Monica Bellucci. Tra i due è colpo di fulmine, e sempre più spesso il cinema europeo li riunisce sullo stesso set, dalla commedia Come mi vuoi (nella quale Cassel si invaghisce di un giovane travestito) al fumettistico Dobermann, da Il patto dei lupi a Irréversible e Agents secrets.

Anche Hollywood si accorge delle potenzialità di questo attore dal viso spigoloso e lo scrittura in pellicole come Jefferson in Paris, Birthday Girl (nel quale interpreta Alexei, lo spietato "cugino" russo di Nicole Kidman), e Ocean's Twelve. Nel 2004 incarna uno sceriffo fumettistico nel western Blueberry e contende a Clive Owen, protagonista di Derailed Attrazione letale, il titolo di sexy canaglia.