Né le 11 mai 1974 à Paris, Benoît Magimel reste marqué par « Momo » Groseille, le rôle qui le fit connaître dans le film devenu culte d'Étienne Chatiliez : La vie est un long fleuve tranquille. Il n'a alors que 14 ans mais le jeune garçon décide d'abandonner ses études pour se consacrer à cette carrière naissante. Un pari osé mais gagnant. Il joue alors avec les plus grands acteurs français et auprès de réalisateurs de renom, notamment dans Les Voleurs d'André Téchiné, Selon Matthieu de Xavier Beauvois, La Pianiste de Michael Haneke, La Haine de Mathieu Kassovitz… En 1997, l'acteur est nommé pour le César du meilleur espoir masculin et se voit attribuer le Prix d'interprétation masculine au Festival de Cannes en 2001 pour son rôle dans le film La Pianiste.
En février 2016, il recçoit le César du meilleur acteur dans un second rôle pour La tête haute (2015), réalisé par Emmanuelle Bercot. Il retouve la réalisatrice pour La fille de Brest (2016). Parallèlement, il est de retour sur le petit écran avec la série Marseille réalisée par Florent Emilio-Siri.
Le 25 février 2022, il remporte le César du meilleur acteur pour son rôle dans De son vivant. L'année suivante, Benoît Magimel reçoit de nouveau le César du meilleur acteur pour son jeu dans le film Pacification : tourment sur les îles.
En mai 2023, Benoît Magimel est à l'affiche du film Omar la fraise, au côté de Reda Kateb. Le film est présenté en séance de minuit au Festival de Cannes. Il figure aussi dans le drame historique La passion de Dodin Bouffant, avec Juliette Binoche, qui est présenté en compétition officielle au Festival de Cannes.
Côté vie privée, Benoît Magimel a été le compagnon de l'actrice Juliette Binoche, rencontrée sur le tournage des Enfants du siècle. Le couple a une fille, Hannah (née en 1999), mais se sépare en 2003. Benoît Magimel retrouve l'amour auprès de l'actrice Nikita Lespinasse avec laquelle il a eu une deuxième fille prénommée Djinina, née le 19 octobre 2011. En novembre 2018, il épouse Margot, sa compagne depuis deux ans.