De 1988 à 1989, Maurice Barthelemy suit l'enseignement de Michel Mourtherot et de Serge Leroy au sein du Cours Molière. Il étudie ensuite sous la direction de Raymond Aquaviva, Isabelle Nanty, Maurice Attias entre 1989 et 1992.En 1989 il suit les cours de Philippe Chausson dans le cours qui portent son nom. En 1988 il participe à un stage sur le thème "Le clown" auprès de Vincent Rouche, et en 1993, aux côtés de Robert Benitah, Maurice Barthélemy apprend les rudiments de la cascade .Il fonde la troupe comique The Royal Imperial Green Rabbit Company aux côtés de Pierre-François Martin-Laval et Marina Foïsen 1997. Après s'être produits sur scène dans Robin des Bois d'à peu près Alexandre Dumas, la troupe change de nom et se baptise Les Robins des Bois. Dominique Farrugia, les repère et leur confie d'abord l'animation de La Grosse Emission sur la chaîne Comédie !, puis leur propose de participer à Nulle part ailleurs.Dès le début des Robins des Bois, Maurice Barthélémy, comme ses camarades, s'affranchit de la troupe pour faire du cinéma : on l'a vu dans Serial Lover (1997), Trafic d'Influence (1998), Le Petit Poucet (2001), Le Raid (2002) ou Astérix et Obélix : Mission Cléopâtre (2002).En 2003, sous la direction d'Alain Chabat, il tourne RRRrrr !!! avec ses complices des Robins, d'après un scénario dont ils sont les auteurs.On découvre Maurice Barthélémy réalisateur en été 2004, avec une comédie écrit par lui: Casablanca Driver, sur le plus mauvais boxeur de tous les temps, qu'il incarne. Dans la foulée de cette sortie, il a tourné son deuxième long métrage, Papa, sorti en 2005 dans lequel il met en scène son acolyte Alain Chabat.Toujours fidèle à la bande des Robins des bois, on l'apercevra en 2006 dans le film de son camarade Pierre-François Martin-Laval: Essaye-moi.
