Dopo aver deciso di diventare attore durante gli studi in un istituto tecnico, Thierry Frémont debutta a teatro interpretando un personaggio in Poil de carotte per poi frequentare il prestigioso cours Florent. A soli 20 anni passa il concorso per entrare al conservatorio nazionale. Attore camaleontico è il solo francese ad aver attualmente vinto un Emmy Award come miglior attore nel 2005 per il suo ruolo nel televisivo, Dans la tete du tueur (2004). La prima parte significativa sul grande schermo è nel 1987 per Les noces barbares della cineasta belga Marion Hansel. Il ruolo gli vale subito il premio Jean Gabin. In Travelling Avant (1987) ottiene d'altra parte un César come miglior promessa giovanile. Appare dunque ne L'amico traditore (1988), ma privilegia in generale i ruoli televisivi e teatrali.

Tra televisione, teatro e cinema
Sul piccolo schermo appare dunque in Merci la vie - Grazie alla vita (1991), in Abracadabra (1992) e ne L'affaire Dreyfus (1995). Torna con forza in ruoli cinematografici nel 1996 con Gli angeli di Elvis e Profumo d'Africa. Per Les grandes bouches (1999) ottiene un gran successo di critica e nell'ambiente professionale. Nel 2002 appare in Femme Fatale di Brian de Palma e il suo volto ottiene un richiamo internazionale. Nel 1999 era d'altra parte apparso in Nadia et les hippopotames e Le fils du francais. Numerose sono le parti che ottiene sul grande e sul piccolo schermo. Nel 2004 integra la troupe di Espace Detènte (l'adattamento sul grande schermo del divertente format francese, Caméra Café). Non abbandona la commedia apparendo anche in Un ticket pour l'espace (2006) per poi apparire nel poliziesco storico Triplice Inganno (2006). Nel 2006 è d'altra parte nel thriller La bombe humaine ma per la televisione interpreta Voltaire in Divine Emilie (2007) e Raboliot nella produzione omonima nel 2008. Nel 2009 sarà invece accanto a Laurent Lucas ne La donna di nessuno di Vincenzo Marano, mentre nel 2011 è nella brillante commedia Travolti dalla cicogna.