Classe 1987, Niels Schneider la recitazione ce l'ha nel sangue: figlio di una famiglia di attori, inizia ad avere i primi contatti con il teatro da piccolissimo, quando il padre lo porta con sé dietro le quinte dei suoi spettacoli a Parigi. Da allora la recitazione non l'abbandona più: nel 1996 si trasferisce in Canada e fa esperienza nel mondo del doppiaggio; nel 2003 prende parte alle prime pièce teatrali e dopo cinque anni approda sul grande schermo per intraprendere una prolifica carriera cinematografica e televisiva.

I primi passi a teatro
La primissima esperienza teatrale arriva nel 2003, quando l'attore franco-canadese ottiene il ruolo di Harold nello spettacolo "Harold e Maude". Nel corso dell'anno seguente prende parte ad alcune rappresentazioni teatrali de "Il processo" di Kafka, "Sette porte" di Botho Strauss e "Ma non andare in giro tutta nuda!" di Georges Feydeau, per poi recitare a Parigi nel 2014 sotto la guida dell'attore e regista francese Nicolas Briançon in "Giulietta e Romeo" e in "Kinship" di Carey Perloff, diretto da Dominique Borg.

I medi
Il primo ruolo davanti alla macchina da presa arriva nel 2007 con il mediometraggio drammatico del canadese Pascal Robitaille Le goût du néant. Schneider esplorerà ancora il mondo dei mediometraggi partecipando nel 2012 a un altro dramma a tematica LGBT - L'âge atomique di Héléna Klotz - e al film di Arthur Cahn Les ravissements, dedicato alla difficile elaborazione di un lutto e presentato in concorso a Cannes nella sezione "Cinéfondation". Nel 2014 è infine nel lavoro sperimentale, intimo e malinconico di Shanti Masud Métamorphoses.

I corti
Il poliedrico attore esplora tutte le forme del cinema e fin dagli esordi partecipa anche a molti cortometraggi. Inizia nel 2009 con il film della regista canadese Sophie Farkas Bolla Les chroniques de l'autre e il corto dal poetico realismo di Samer Najari La neige cache l'ombre des figuiers. Tra il 2011 e il 2012 compare in altri tre cortometraggi: il dramma esistenzialista di Alexandre Richard Bonne Journée, il corto sul tema della guerra diretto da Jeremy Bliss Toy Soldier e il film del regista e fotografo francese Stephane Sednaoui Miao Shan and the Minotaur. Nel 2013 recita per il fratello Aliocha nel drammatico Nous irons ensemble, mentre nel 2014 è nel corto di Charles Gervais Collisions.

La televisione
A partire dal 2011 l'attore comincia a prendere parte ad alcune produzioni televisive. Inizia con due film per la TV, il drammatico Val d'or di Héléna Klotz e il lungometraggio storico del regista egiziano Gabriel Aghion Un autre monde. L'anno successivo è la volta di una serie TV: Schneider compare infatti in tre episodi di Clash, racconto familiare dedicato al delicato rapporto fra genitori e figli nell'età dell'adolescenza. Nel 2013 è ancora nella co-produzione internazionale tra Francia, Portogallo e Italia liberamente ispirata all'Odissea di Omero Il ritorno di Ulisse e tra il 2017 e il 2018 compare nella serie dedicata alle avventure di cinque donne a Parigi Paris, etc e partecipa al thriller sci-fi Ad Vitam.
Nel 2021 ritroviamo l'attore nella miniserie drammatica portoghese O Livro Negro do Padre Dinis e nella spy story francese ambientata durante la Guerra fredda Totems - Conto alla Rovescia.

Il cinema, l'incontro con Xavier Dolan e la candidatura ai César
Il primo lungometraggio per il grande schermo arriva nel 2008, quando l'attore partecipa all'opera prima del canadese Yves-Christian Fournier Tout est parfait, presentata in concorso al Festival di Berlino nella sezione Panorama e premiata con l'ARCA Enel Award al Giffoni Film Festival. Ma l'anno cruciale nella carriera dell'attore è il 2009: Schneider recita infatti la parte di Éric nello sfolgorante esordio alla regia di Xavier Dolan J'ai tué ma mère. Presentato in anteprima mondiale al Festival di Cannes, il film viene accolto con una standing ovation e si aggiudica ben tre riconoscimenti, oltre a una candidatura ai Premi César.
Nel 2010 l'attore è ancora in Fatal di Michaël Youn e nel debutto alla regia di Dany Papineau 2 frogs dans l'Ouest, ma torna anche a collaborare con Dolan grazie a un ruolo che gli consente di raggiungere la fama internazionale: quello dell'affascinante e misterioso Nicolas ne Les Amours imaginaires, premiato con un César come Miglior film straniero.
Negli anni successivi Schneider è impegnatissimo: nel 2012 è nel thriller Désordres di Étienne Faure, l'anno dopo è a Cannes con il dramma di Yann Gonzalez Les rencontres d'après minuit insieme all'ex calciatore e stella del Manchester United e della nazionale francese Éric Cantona, ed è anche nel cast di Opium, film a tematica LGBT di Arielle Dombasle.
Il 2014 si apre con il ruolo di Hugo in Due destini di Lisa Azuelos, dove recita al fianco di Sophie Marceau e François Cluzet. Nello stesso anno è anche nella dramedy tratta dal romanzo grafico di Posy Simmonds Gemma Bovery accanto a Gemma Arterton.
Nel 2016, grazie al ruolo di protagonista nell'esordio al lungometraggio di Arthur Harari Diamant noir, arriva il primo riconoscimento importante: l'interpretazione gli vale infatti una candidatura ai Lumière e un premio César come Miglior promessa maschile. Nello stesso anno Schneider è anche nel film sulla danza ispirato alla graphic novel di Bastien Vives Polina. Danser sa vie, presentato a Venezia; torna poi a lavorare per Lisa Azuelos nel biopic Dalida, dedicato alla vita della celebre cantante francese, e interpreta il Principe Egon di Lettonia nella versione kitsch e volutamente scombinata della Bella addormentata, ritorno del maestro spagnolo Adolfo Arrieta.
Nel 2017 è, insieme alla moglie Virginie Efira, nel film quattro volte candidato ai César Un amour impossible e nel 2018 partecipa alla commedia di Laszlo Barbo Niente di serio; al film d'epoca della regista cilena Valeria Sarmiento Le Cahier noir ? dove recita accanto alla giovane stella del cinema francese Lou de Laâge ?; al dramma storico sulla rivoluzione francese presentato fuori concorso a Venezia Un peuple et son roi e al thriller drammatico di Franck Ribière La donna più assassinata del mondo.
Anche il 2019 è un anno ricco di ingaggi per il giovane attore franco canadese. C'è il film di guerra di Guillaume de Fontenay Simpathy for the Devil; la dramedy presentata a Cannes La Femme de mon frere; il dramma erotico ispirato alla vita dei poeti Pierre Louÿs e Henri de Régnier Curiosa; il lungometraggio premiato a Venezia Revenir e il film in concorso per la Palma d'oro di Justine Triet, scritto a quattro mani con Arthur Harari Sibyl - Labirinti di donna, sul cui set torna a lavorare insieme alla moglie Virginie Efira.
Il 2020 è segnato dal rilevante lungometraggio diretto dal regista e attore francese Emmanuel Mouret Les choses qu'on dit, les choses qu'on fait: vincitore del Premio Lumière come Miglior film, l'opera ottiene ben tredici candidature ai premi César.
Nel 2021 lo troviamo nell'adattamento del dramma di Marguerite Duras ambientato nella Costa Azzurra degli anni Sessanta Gli amori di Suzanna Andler, ma anche nell'italiano Futura e nel ruolo di protagonista nell'opera prima di Mathieu Gérault Sentinelle sud, dedicata alla vita da reduce del soldato semplice Christian Lafayette.
Infine, nel 2023 torna al dramma storico con Apaches di Roman Quirot, ambientato nella Parigi del XIX secolo, e viene diretto dal genio comico di Woody Allen nell'inquietante thriller sospeso tra gelosia e vendetta Un colpo di fortuna - Coup de Chance, dove torna a recitare al fianco di Lou de Laâge.