Après ses études secondaires, Bruno Cremer entre au Conservatoire de Paris, puis débute en 1953 une carrière au théâtre en jouant dans la pièce Robinson de Jules Supervielle.
Bruno Cremer fait ses débuts au cinéma en 1957 : le réalisateur Yves Allégret remarque son physique brutal d'empereur romain et l'engage pour Quand la femme s'en mêle. Il joue en 1960 dans Le tout pour le tout de Patrice Dally, mais c'est son rôle de l'adjudant baroudeur Willsdorf dans La 317ème section de Pierre Schoendoerffer (1964) qui le révèle au grand public. Beaucoup pensaient qu'il jouait son propre rôle tant son interprétation était authentique. Sa haute stature et son regard d'un bleu glacial le destinent à des rôles d'homme d'action. Il participe aux tournages de Paris brûle-t-il ? de René Clément (1965), d'Objectif 500 millions (Schoendoerffer, 1966). Son physique est également exploité pour incarner des personnages de "durs" (Un homme de trop, Costa-Gavras, 1966 ; La bande à Bonnot, Philippe Fourastié, 1968 ; Cran d'arrêt, Yves Boisset, 1969).
Durant les décennies suivantes, on peut voir Bruno Cremer dans plusieurs films par an, il devient vite un des seconds rôles majeurs du cinéma français. Mais il est également tête d'affiche d'une kyrielle de films : les plus grands réalisateurs font appel à lui et à toute la palette de son talent qui lui permet de jouer certes les durs mais aussi des psychologies bien plus nuancées. En 1973 Roger Hanin lui donne un rôle de flic dans Le Protecteur. En 1974 l'acteur est dirigé par Patrice Chéreau dans le drame La Chair de l'Orchidée, aux côtés de la jeune Charlotte Rampling.
Dans L'Alpagueur de Philippe Labro (1975), Bruno Cremer tient pour une fois le rôle d'un "méchant" en incarnant "l'Epervier", un tueur que traque Jean-Paul Belmondo. La même année l'acteur joue encore les commissaires dans Les bons et les méchants de Claude Lelouch. Puis c'est Claude Sautet qui le fait tourner : dans Une histoire simple (1978), il est l'ex-mari (hésitant et lâche) de Romy Schneider. Bruno Cremer est ensuite à l'affiche du mythique La légion saute sur Kolwezi (Raoul Coutard, 1979), il est Pierre Delbart, un modeste ouvrier qui fait partie des 3000 Européens pris en otage par les rebelles katangais.
Jean-Claude Brisseau exploite le potentiel dramatique de l'acteur dans Un jeu brutal (1983) : il incarne un personnage à la limite de la schizophrénie, d'un côté père sévère mais qui va redonner le goût de la vie à sa fille infirme, et de l'autre tueur d'enfants. Brisseau fait à nouveau tourner Cremer en 1989 dans Noce blanche, également dans un rôle d'homme fragile : il interprète un professeur de philosophie amoureux d'une élève de terminale en la personne de Vanessa Paradis. Dans la comédie dramatique Adieu je t'aime (Claude Bernard-Aubert, 1988), l'acteur se glisse dans la peau d'un homme marié qui va se trouver étrangement attiré par un jeune homme. Nouveau drame en 1989 avec Tumultes où il tient le rôle du père dans une famille en souffrance après le suicide du fils.
Bruno Cremer va ensuite se faire presque invisible au cinéma à partir des années 90, se consacrant au petit écran. On retiendra sa prestation dans le film de José Giovanni Mon père (2000) ; Bruno Cremer y est encore une figure paternelle, celle d'un homme prêt à tout pour sauver son fils de la peine de mort ; les critiques sont unanimes pour saluer sa performance. La même année François Ozon le confronte à nouveau à Charlotte Rampling dans Sous le sable, les deux acteurs y forment un couple, fusionnel au-delà de la mort. Pour son dernier film Bruno Cremer retrouve Pierre Schoendoerffer, qui avec Là-haut (2001) livre une mise en abyme de toute son oeuvre ; l'acteur y joue un colonel des services secrets qui va aider une jeune journaliste investiguant sur la guerre d'Indochine.
Bruno Cremer se consacre exclusivement à la scène jusqu'au début des années 60, en jouant notamment dans : Un mari idéal d'Oscar Wilde, Périclès, prince de Tyr de William Shakespeare, Chatterton d'Alfred de Vigny, Pauvre Bitos ou le dîner de têtes de Jean Anouilh.
Il s'illustre également à la télévision (Cet homme-là, 1979, de Gérard Poitou-Weber; La traque, 1980, de Philippe Lefebvre; Une page d'amour, 1981, d'Elie Chouraqui; L'énigme blanche, 1985, de Pierre Kassovitz). A partir de 1991, il incarne pour le petit écran le commissaire Maigret, personnage créé par l'écrivain Georges Simenon, dans plus de cinquante épisodes, jusqu'en 2005.
En 2000, Bruno Crémer écrit un livre autobiographique Un certain jeune homme.
Courts métrages 1984 | Livre de Marie (Le) | Anne-Marie Miéville |
Longs métrages| 1957 | Quand la femme s'en mêle | Yves Allégret |
| 1960 | Mourir d'amour = La Mort a les yeux bleus | Dany Fog |
| 1960 | Tout pour le tout (Le) | Patrice Dally |
| 1963 | Fabuleuse aventure de Marco Polo (La) | Denys de La Patellière, Noël Howard |
| 1964 | 317ème section (La) | Pierre Schoendoerffer |
| 1965 | Paris brûle-t-il ? | René Clément |
| 1966 | Objectif 500 millions | Pierre Schoendoerffer |
| 1966 | Si j'étais un espion | Bertrand Blier |
| 1966 | Straniero (Lo) L'Etranger | Luchino Visconti |
| 1966 | Un homme de trop | Costa-Gavras |
| 1967 | Gauloises bleues (Les) | Michel Cournot |
| 1967 | Viol (Le) | Jacques Doniol-Valcroze |
| 1968 | Bande à Bonnot (La) | Philippe Fourastié |
| 1968 | Bye bye Barbara | Michel Deville |
| 1968 | Un killer per sua maestà Le Tueur aime les bonbons | Richard Owens |
| 1969 | Cran d'arrêt | Yves Boisset |
| 1969 | Pour un sourire | François Dupont-Midy |
| 1969 | Temps de mourir (Le) | André Farwagi |
| 1970 | Biribi | Daniel Moosmann |
| 1971 | Amante dell'Orsa Maggiore (L') [La Ligne de feu] = [L'Amant de la Grande Ourse] | Valentino Orsini |
| 1972 | Attentat (L') | Yves Boisset |
| 1972 | Sans sommation | Bruno Gantillon |
| 1973 | Protecteur (Le) | Roger Hanin |
| 1974 | Chair de l'orchidée (La) | Patrice Chéreau |
| 1974 | Section spéciale | Costa-Gavras |
| 1974 | Suspects (Les) | Michel Wyn |
| 1975 | Alpagueur (L') | Philippe Labro |
| 1975 | Bon et les méchants (Le) | Claude Lelouch |
| 1976 | Sorcerer Le Convoi de la peur | William Friedkin |
| 1977 | Ordre et la sécurité du monde (L') | Claude d' Anna |
| 1978 | Même les momes ont du vague à l'âme | Jean-Louis Daniel |
| 1978 | On efface tout | Pascal Vidal |
| 1978 | Une histoire simple | Claude Sautet |
| 1979 | Aimée | Joël Farges |
| 1979 | Anthracite | Edouard Niermans |
| 1979 | Légion saute sur Kolwezi (La) | Raoul Coutard |
| 1980 | Puce et le privé (La) | Roger Kay |
| 1980 | Une robe noire pour un tueur | José Giovanni |
| 1981 | Espion, lève-toi | Yves Boisset |
| 1981 | Josépha | Christopher Frank |
| 1982 | Effraction | Daniel Duval |
| 1982 | Prix du danger (Le) | Yves Boisset |
| 1983 | Fanny Pelopeja A coups de crosse | Vicente Aranda |
| 1983 | Un jeu brutal | Jean-Claude Brisseau |
| 1984 | Matelot 512 (Le) | René Allio |
| 1985 | Derborence | Francis Reusser |
| 1985 | Transfuge (Le) | Philippe Lefebvre |
| 1986 | Falsch | Jean-Pierre Dardenne, Luc Dardenne |
| 1986 | Tenue de soirée | Bertrand Blier |
| 1987 | De bruit et de fureur | Jean-Claude Brisseau |
| 1988 | Adieu je t'aime | Claude Bernard-Aubert |
| 1988 | Union sacrée (L') | Alexandre Arcady |
| 1989 | Atto di dolore Acte d'amour | Pasquale Squitieri |
| 1989 | Noce blanche | Jean-Claude Brisseau |
| 1989 | Tumultes | Bertrand Van Effenterre |
| 1990 | Money | Steven Hilliard Stern |
| 1990 | Un vampire au paradis | Abdelkrim Bahloul |
| 1992 | Taxi de nuit | Serge Leroy |
| 2000 | Mon père | José Giovanni |
| 2000 | Sous le sable | François Ozon |
| 2001 | Là-haut | Pierre Schoendoerffer |