Figlio d'arte (il padre è l'attore Jean-Pierre Cassel, conosciuto per interpretazioni memorabili fin dagli anni Cinquanta), Vincent cresce nel quartiere parigino di Montmartre a stretto contatto con artisti di ogni genere. L'influenza di un ambiente così creativo lo porta a fare una scelta molto originale: a diciassette anni si iscrive a una scuola circense dove diventa un ottimo acrobata.
Ma con un padre famoso, conosciuto in tutto il mondo per le sue doti recitative, il destino del giovane Vincent è segnato dall'inizio. Si iscrive così al corso di recitazione dell'Actor Institute of New York. Nel 1986 consegue il diploma e comincia a lavorare in teatro, diretto dal regista Jean-Louis Barrault.
Gli esordi e la prima collaborazione con l'amico Kassovitz
L'esordio ufficiale nel mondo del cinema avviene tre anni dopo con il film Les cigognes n'en font qu'à leur tête, seguito da Les clés du Paradis (1991) e dall'opera prima dell'amico Mathieu Kassovitz, intitolato Métisse (1993).
Nel '95 ottiene il piccolo ruolo di Camille Desmoulins in Jefferson in Paris, lavoro sfortunato di James Ivory che, malgrado la realizzazione di un film confuso, offre un'ottima vetrina per il giovane Vincent. Con l'interpretazione appassionata dello sbandato Vinz, uno dei giovani della banlieu parigina impegnato in una guerriglia urbana con la polizia, protagonista dello sconvolgente L'odio di Kassovitz, arriva il successo e due premi César.
L'anno successivo è in Italia per girare L'appartamento di Gilles Mimouni: sul set conosce Monica Bellucci, qui agli esordi cinematografici e se ne innamora portandola con sé in Francia e sposandola qualche anno più tardi.
L'amore: a casa come sul set
Dopo la commedia Come mi vuoi, al fianco di Enrico Lo Verso, per Vincent comincia un periodo cinematografico segnato dalla collaborazione fissa con l'ex modella Monica: è nell'isterico Dobermann (1997), nel quale interpreta un malavitoso capo di una banda di killer, e nel drammatico Il piacere e i suoi piccoli inconvenienti (1998), dove appaiono anche l'italiano Michele Placido e l'amico Kassovitz. Nel 1999 è in Méditerranées, pellicola inutile se non per il contributo a incarnare l'ennesimo tassello nella costruzione del mito di "bello e dannato" dell'attore. Ma i ruoli che hanno consacrato la coppia Bellucci-Cassel come artisti uniti nel lavoro, oltre che nell'amore, sono stati senz'altro quelli nella mega-produzione noir Il patto dei lupi (2001) e in Irréversible (2002), viaggio nel mondo della perversione sessuale che vorrebbe denunciarne la violenza gratuita ma si riduce a rappresentarla con una dovizia di particolari insostenibili (una scena di stupro lunghissima e una torrida scena di sesso tra i due coniugi). Ma il loro sodalizio artistico non si conclude qui. Sono spie segrete in Agents Secrets (2004) e rivestono anche ruoli comici in Sheitan (2006).
Consacrazione di un bravo e bel tenebroso
I film che però hanno fatto di Vincent un ottimo equilibrio di bravura e fascino da ribelle sono altri. È nel cast del kolossal Giovanna d'Arco di Luc Besson (1999) ma soprattutto è il protagonista, insieme a Jean Reno, del thriller I fiumi di porpora (2000) firmato Kassovitz. Dopo l'intenso Sulle mie labbra (2001), originale noir che lo vede vestire i panni di un giovane appena uscito di prigione che trascina nell'illegalità una segretaria con problemi all'udito, Vincent si apre a collaborazioni di respiro internazionale e si sposta negli Stati Uniti dove entra a far parte del gruppo di Ocean's Twelve, ma non solo.
Assieme a Nicole Kidman, è un farabutto russo in Birthday Girl (2001) e lavora al fianco di Clive Owen e Jennifer Aniston nel drammatico Derailed - Attrazione letale (2005).
Nel 2007 approda al cinema del canadese David Cronenberg nel film La promessa dell'assassino dove l'attore è uno dei tre protagonisti (con Viggo Mortensen e Naomi Watts), coinvolti in un losco giro di prostituzione e criminalità legato alla mafia russa. Nello stesso anno affronta anche il ruolo comico nella commedia di Jean-Jacques Annaud Sa Majesté Minor, a metà tra la realtà e la mitologia.
Nel 2008 torna in Francia davanti alla macchina da presa del connazionale Jean-François Richet indossando i panni dello spietato gangster realmente esistito Jaques Mesrine in Nemico Pubblico N.1 - L'istinto di morte e Nemico Pubblico N.1 - L' ora della fuga.
Progetti recenti
E' protagonista del brasiliano A Deriva con Camilla Belle e nel film Il Cigno Nero di Darren Aronofsky è Thomas Leroy, il coreografo della prima ballerina Natalie Portman, con la quale instaura una relazione ossessivamente artistica e passionale. Dopo averlo avuto in La Promessa dell'Assassino, Cronenberg lo richiama per il sequel Eastern Promises 2 e per A Dangerous Method, in uscita nel 2011. Torna poi a lavorare con Christophe Gans, che lo aveva diretto anche ne Il patto dei lupi, alla rivisitazione della fiaba La bella e la bestia, presentato alla Berlinale 2014. L'anno successivo è protagonista nel film Mon Roi - Il mio Re, diretto da Maïwenn Le Besco. Nel 2016 è protagonista, insieme a François Cluzet, della commedia Un momento di follia, diretta da Jean-François Richet, e del film di Xavier Dolan It's Only the End of the World, mentre è atteso anche nel nuovo capitolo della saga dedicata a Jason Bourne. Viene poi diretto da Olivier Nakache ed Eric Toledano in The Specials - Fuori dal comune (2019), storia vera di un'associazione che fornisce supporto a giovani affetti da autismo. Recita poi nella commedia La felicità degli altri e nel 2023 è ne I tre moschettieri - D'Artagnan e in Astérix & Obélix - Il regno di mezzo.
