Lambert Wilson se découvre une passion pour le cinéma lorsqu'à l'âge de quatorze ans, il assiste à Paris à la première des Trois Mousquetaires de Richard Lester. Il rêve de devenir un nouveau Robert Redford. Son expérience de comédien s'ébauche d'abord à la scène avec Ubu à l'opéra, aux côtés de son père puis Othello. En septembre 1974, soucieux d'acquérir la méthode américaine et de se ménager l'horizon hollywoodien, Lambert Wilson s'inscrit à l'école londonienne du Drama Center. Malgré l'interdiction formelle qui lui est faite d'accepter tout engagement professionnel en cours d'étude, le jeune comédien cède à la tentation et tourne un petit rôle dans Julia (1976), un film de Fred Zinnemann, avec Jane Fonda.
Pour décrocher son premier rôle important, celui de Johann, dans le nouveau film de Fred Zinnemann, Cinq jours, ce printemps-là en 1981, Lambert Wilson se présente au réalisateur, déguisé en guide de montagne. Engagé, le jeune acteur découvre à la fois l'exigence et le glamour d'un tournage à l'américaine auprès de Sean Connery et de Betsy Brantley, dans le somptueux décor des Alpes suisses. Puis La Boum 2 (Claude Pinoteau, 1982) le révèle au public français en jeune séducteur. Sahara (Andrew V. Mac Laglen, 1983), western arabisant, est un régal. Outre les tendres tête à tête avec la jolie Brooke Shields, sa partenaire, Lambert Wilson dirige des scènes de charge de soixante cavaliers aux rennes de splendides étalons arabes. Avec La Femme publique (Andrzej Zulawski, 1983), la récréation est finie. Harcelé par la caméra zulawskienne, Lambert Wilson incarne Milan, l'ange déchu et se plie pour Valérie Kaprisky à des images de folie, d'érotisme et de violence. Lambert Wilson est désormais un visage connu du cinéma français. André Téchiné lui écrit un autre rôle d'écorché vif pour Rendez-vous (1984) : Quentin, acteur dépravé et amant destructeur de Juliette Binoche. Après La Storia (1985) où il tourne sous la direction de Luigi Comencini, Lambert Wilson signe le portrait nuancé de cynisme et de tendresse d'un photographe de bonne famille, tombé amoureux d'une communiste de quinze ans, dans Rouge baiser (Véra Belmont, 1985). Son image évolue encore avec le gigolo de Corps et biens (Benoît Jacquot, 1986) puis le révolutionnaire de Chouans ! (Philippe de Broca, 1987). Convaincu de son talent, son père Georges Wilson lui offre le rôle principal de La Vouivre (1988). Désormais rompu aux compositions les plus diverses, Lambert Wilson fait de Hiver 54, l'abbé Pierre (Denis Amar, 1989) l'une de ses meilleures interprétations. Totalement à l'aise avec la langue anglaise, l'acteur débute une vraie carrière internationale en 1994 avec Jefferson à Paris (James Ivory) ; on le voit alors dans des blockbusters fantastiques comme Matrix reloaded (2001), Matrix revolutions (2002) des frères Wachowsky, Catwoman (Pitof, 2003), Babylone A.D. (Matthieu Kassovitz, 2006) ou Dante 01 (Marc Caro, 2006). Lambert Wilson affectionne particulièrement les comédies et campe le désormais célèbre Arthus de Poulignac de Jet Set (Fabien Onteniente, 1999), et People jet set 2 (2003) ; il retrouve Alain Resnais et tourne Pas sur la bouche (2003) et Coeurs (2006) en compagnie des acteurs fétiches du réalisateur. Il est aussi l'époux princier de Valérie Lemercier dans la savoureuse comédie Palais Royal (Valérie Lemercier, 2004), satire des monarchies modernes. Lambert Wilson s'essaye au thriller français dans Le grand alibi (Pascal Bonitzer, 2007). Il revient à la comédie de moeurs dans Comme les autres (Vincent Garenq, 2007) où il interprète un homosexuel en désir d'enfant. Retour à la franche rigolade avec Victor (Thomas Gilou, 2008) : il y donne la réplique à Pierre Richard, un bien encombrant vieillard.
Lambert Wilson est aussi chanteur lyrique. En 1990, il se produit au Casino de Paris et enregistre un disque : Lambert Wilson chante.
Lambert Wilson est également un comédien de théâtre confirmé. Il y interprète de grands rôles à partir de 1985. Il s'attaque à tous les genres du répertoire et on le voit tour à tour dans des pièces de Anouilh, Hugo, Shaw, Musset, Pinter, Carrière, Bernstein ou Racine dont Bérénice qu'il met lui-même en scène (en 2001 à Avignon et 2008 au Bouffes du Nord).
Il tourne également dans de nombreux téléfilms dont Colette, une femme libre de Nadine Trintignant (2004).
L'autre grande passion de Lambert Wilson est le chant. En 1990, il se produit au Casino de Paris et enregistre un disque : "Lambert Wilson chante" et enregistre trois autres albums : Démons et merveilles (1997), Nuit américaine (2005) et Loin (2007).
Démons Productions est une société de Production de Spectacles créée en 1996 à l'initiative de Lambert Wilson.
Courts métrages 1983 | Abandons | Pierre-Jean de San Bartolomé |
| 1986 | Forêt Noire (La) | Béatrice Jalbert |
| 1992 | Gershwin | Alain Resnais |
| 2001 | Tombales (Les) | Christophe Barratier |
| 2005 | Mort à l'écran | Alexis Ferrebeuf |
Longs métrages| 1976 | Julia | Fred Zinnemann |
| 1978 | Contro quattro bandiere De l'enfer à la victoire | Hank Milestone |
| 1978 | Gendarme et les extra-terrestres (Le) | Jean Girault |
| 1978 | Lady Oscar | Jacques Demy |
| 1978 | New generation | Jean-Pierre Lowf Legoff |
| 1980 | Coco Chanel Chanel solitaire | George Kaczender |
| 1981 | Five Days One Summer Cinq jours ce printemps-là | Fred Zinnemann |
| 1982 | Boum 2 (La) | Claude Pinoteau |
| 1982 | Sahara | Andrew V. McLaglen |
| 1983 | Femme publique (La) | Andrzej Zulawski |
| 1983 | Sang des autres (Le) | Claude Chabrol |
| 1984 | Rendez-vous | André Téchiné |
| 1985 | Bleu comme l'enfer | Yves Boisset |
| 1985 | Homme aux yeux d'argent (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1985 | Rouge baiser | Véra Belmont |
| 1985 | Storia (La) | Luigi Comencini |
| 1986 | Corps et biens | Benoît Jacquot |
| 1987 | Belly of an Architect (The) Le Ventre de l'architecte | Peter Greenaway |
| 1987 | Chouans ! | Philippe de Broca |
| 1987 | Possédés (Les) | Andrzej Wajda |
| 1988 | El Dorado | Carlos Saura |
| 1988 | Vouivre (La) | Georges Wilson |
| 1989 | Hiver 54, l'abbé Pierre | Denis Amar |
| 1989 | Suivez cet avion | Patrice Ambard |
| 1990 | Un homme et deux femmes | Valérie Stroh |
| 1991 | Warszawa - année 5703 | Janusz Kijowski |
| 1992 | Instinct de l'ange (L') | Richard Dembo |
| 1994 | Jefferson in Paris Jefferson à Paris | James Ivory |
| 1994 | Une qui promet | Marianne Lamour |
| 1995 | Caprices d'un fleuve (Les) | Bernard Giraudeau |
| 1996 | Leading Man (The) | John Duigan |
| 1996 | Marquise | Véra Belmont |
| 1997 | On connaît la chanson | Alain Resnais |
| 1997 | Trop (peu) d'amour | Jacques Doillon |
| 1998 | Last September (The) | Deborah Warner |
| 1999 | Jet set | Fabien Onteniente |
| 2000 | Combat d'amour en songe | Raoul Ruiz |
| 2000 | HS Hors service | Jean-Paul Lilienfeld |
| 2001 | Far from China | C.S. Leigh |
| 2001 | Matrix Reloaded | Larry Wachowski, Andy Wachowski |
| 2002 | Dédales | René Manzor |
| 2002 | Il est plus facile pour un chameau | Valéria Bruni Tedeschi |
| 2002 | Matrix Revolutions (The) | Larry Wachowski, Andy Wachowski |
| 2002 | Timeline Prisonniers du temps | Richard Donner |
| 2003 | Catwoman | Pitof |
| 2003 | Pas sur la bouche | Alain Resnais |
| 2003 | People jet set 2 | Fabien Onteniente |
| 2003 | Sahara | Breck Eisner |
| 2004 | Gentille | Sophie Fillières |
| 2004 | Palais royal ! | Valérie Lemercier |
| 2005 | Anniversaire (L') | Diane Kurys |
| 2005 | Flushed Away Souris city | David Bowers, Sam Fell |
| 2006 | Babylon A.D. | Mathieu Kassovitz |
| 2006 | Coeurs | Alain Resnais |
| 2006 | Dante 01 | Marc Caro |
| 2006 | Flawless | Michael Radford |
| 2006 | Tous à l'Ouest : une aventure de Lucky Luke | Olivier Jean-Marie |
| 2007 | Comme les autres | Vincent Garenq |
| 2007 | Grand alibi (Le) | Pascal Bonitzer |
| 2007 | Lazarus project (The) | John Patrick Glenn |
| 2008 | Victor | Thomas Gilou |
| 2009 | Des hommes et des dieux | Xavier Beauvois |
| 2009 | Imogène McCarthery | Alexandre Charlot, Franck Magnier |
| 2009 | Princesse de Montpensier (La) | Bertrand Tavernier |
| 2010 | Africa, le sang et la beauté | Serge Yastreb, Anastasia Yastreb |
| 2010 | Cars 2 | Brad Lewis, John Lasseter |
| 2010 | Sur la piste du Marsupilami | Alain Chabat |
| 2011 | A l'aveugle | Xavier Palud |
| 2011 | Ernest et Célestine | Benjamin Renner, Vincent Patar, Stéphane Aubier |
| 2011 | Vous n'avez encore rien vu | Alain Resnais |
| 2012 | Alceste à bicyclette | Philippe Le Guay |
| 2013 | Barbecue | Eric Lavaine |
| 2013 | Nature | Patrick Morris, Neil Nightingale |
| 2013 | Suite française | Saul Dibb |
| 2014 | Enragés | Eric Hannezo |
| 2015 | Confessioni (Le) Les Confessions | Roberto Andò |
| 2015 | Odyssée (L') | Jérôme Salle |
| 2015 | Tout de suite maintenant | Pascal Bonitzer |
| 2015 | Vache (La) | Mohamed Hamidi |
| 2016 | Corporate | Nicolas Silhol |
| 2016 | Echange des princesses (L') | Marc Dugain |
| 2016 | Empereur (L') | Luc Jacquet |
| 2016 | Telle mère, telle fille | Noémie Saglio |
| 2017 | Au bout des doigts | Ludovic Bernard |
| 2017 | Earth : One Amazing Day Un nouveau jour sur terre | Peter Webber, Richard Dale, Lixin Fan |
| 2017 | Volontaire | Hélène Fillières |
| 2018 | Benedetta | Paul Verhoeven |
| 2018 | Traducteurs (Les) | Régis Roinsard |
| 2019 | De Gaulle | Gabriel Le Bomin |
| 2020 | Matrix Resurrections (The) | Lana Wachowski |