Bertrand Bonello nasce a Nizza nel 1968.
Intraprende una carriera musicale, collaborando a diversi album, prima di dedicarsi al cinema e alla regia. Nel 1996 ha diretto Who I Am - Based on Pier Paolo Pasolini, un cortometraggio documentario adattamento del poema autobiografico di Pasolini. Il suo primo lungometraggio, Something Organic, è stato presentato al Festival di Berlino del 1998.
Il suo film The Pornographer (2001) con Jean-Pierre Léaud, è stato presentato alla Settimana della Critica al Festival di Cannes aggiudicandosi il premio FIPRESCI.
Nel 2003, Tiresia è stato selezionato per il concorso ufficiale del Festival di Cannes. Ha poi diretto On War, selezionato per la Quinzaine des réalisateurs nel 2008.
Nel 2011, il suo film House of Tolerance è stato presentato in concorso a Cannes. Acclamato dalla critica, ha ricevuto otto nominations ai César. Nel 2014 gira Saint Laurent, anch'esso in concorso al Festival di Cannes. Il film ha rappresentato la Francia agli Oscar e ha ricevuto dieci nomination ai César. Lo stesso anno, ha esposto al Centro Pompidou proponendo una retrospettiva sulla sua filmografia e realizzando un album musicale: "Accidents". In più, ottiene il ruolo di protagonista in Portrait of the Artist di Antoine Barraud. Inizia a dedicarsi contemporaneamente alla realizzazione di musical e cortometraggi: Cindy, The Doll is Mine (2005) con Asia Argento - entrato nella selezione ufficiale di Cannes - My New Picture (2007), Where the Boys Are (2010), Ingrid Caven: Music and Voice (2012) presentato al Festival di Locarno, e Sarah Winchester, Phantom Opera (2016) per The 3rd Stage, la piattaforma digitale dell'Opera di Parigi.
Nel 2016, Nocturama è stato presentato al TIFF e al San Sebastian Film Festival. Zombie Child è stato poi selezionato per la Quinzaine di Cannes nel 2019.
Coma è stato presentato al Festival di Berlino nel 2022.
Nel 2023 porta in concorso alla Mostra del Cinema di Venezia il fantascientifico La bete.