Grégoire Colin débute au Théâtre de Gennevilliers en 1988, grâce à Bernard Sobel qui lui confie un rôle dans Euripide. Il fait sa première apparition au cinéma en 1989, mais c'est sa rencontre avec Claire Denis, en 1994, qui lui permet d'affirmer sa place au cinéma, notamment en tenant le rôle principal dans Nénette et Boni puis en 1999 celui de Beau Travail. Il est le fils de Lucrèce Lachenardière (comédienne) et de Christian Colin (acteur, metteur en scène).
Il réalise son premier court métrage en 2008.
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