Né à Neuilly-sur-Seine, il est le fils de Jacques Amalric, correspondant étranger au journal "Le Monde", éditorialiste à "Libération" et de Nicole Zand, critique littéraire au journal "Le Monde". Avant d'être récompensé par les Césars de meilleur espoir masculin (pour Comment je me suis disputé... (ma vie sexuelle) d’Arnaud Desplechin en 1996) et de meilleur acteur (Rois et reine du même Desplechin en 2005), Mathieu Amalric débute sa carrière en tant qu'accessoiriste et cantinier.
Ce n'est qu'en 1996 qu'elle décolle réellement grâce à son rôle de Paul Dedalus dans Comment je me suis disputé... (ma vie sexuelle). Dès lors, sa notoriété lui permet d'enchaîner les tournages (Alice et Martin de Téchiné, Fin août, début septembre de Assayas, Un homme, un vrai des frères Larrieu).
En 1997, il troque sa casquette d'acteur contre celle de réalisateur de cinéma avec la comédie Mange ta soupe. Deux autres réalisations suivent : Le Stade de Wimbledon avec Jeanne Balibar (sa compagne jusqu'au début des années 2000, dont il a 2 enfants) et La Chose publique, présenté à la Quinzaine des Réalisateurs à Cannes en 2003.
L'année suivante, de nouveau dans la peau du comédien, il incarne Ismaël dans Rois et reine. Une fois de plus, en livrant une prestation epoustouflante, Amalric est récompensé aux Césars, avec la statuette du meilleur acteur. Sa filmographie s'étoffe en rejoignant les francophones Mathieu Kassovitz, Valeria Bruni Tedeschi, Yvan Attal et Marie Josée Croze au casting de Munich de Steven Spielberg. Suivent Marie-Antoinette de Sofia Coppola, Quand j'étais chanteur de Xavier Giannoli, Fragments sur la grâce de Vincent Dieutre, Le Grand appartement de Pascal Thomas et Michou d'Auber de Thomas Gilou.
En 2007, il émeut les spectateurs dans Le Scaphandre et le papillon où il tient le rôle de Jean-Dominique Bauby, rédacteur en chef du magazine féminin "Elle", devenu paraplégique après un accident vasculaire. Cette même année, on le retrouve dans La Question humaine de Nicolas Klotz, la sulfureuse Histoire de Richard O. de Damien Odoul et Un secret de Claude Miller.
L'année suivante, il tient l'affiche du long métrage
De la guerre de Bertrand Bonello. Le film est sélectionné lors de la 40ème édition de la Quinzaine des réalisateurs. C'est pour lui une année où il confirme son statut d'acteur majeur du cinéma français : on le retrouve dans le jubilatoire rôle du méchant Dominic Green au sein du 22ème opus de James Bond,
Quantum of Solace. Il fait également l'affiche d'un des film-évènement de l'année, le
Mesrine : L'ennemi public n°1 de Jean-François Richet où il est un trouble François Besse.
Il ne renonce pas pour autant au cinéma d'auteur, exigeant et radical qui a fait sa réputation et fait en 2009 l'affiche de Visage, oeuvre-musée du taïwanais Tsai Ming-Liang aux côtés de Laetitia Casta et Fanny Ardant (sélectionné à Cannes). Il retrouve également ses compères les frères Larrieu pour l'ambitieux
Les Derniers jours du monde.
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