Hijo de cantantes de ópera, empezó en la comedia musical, y viajó a París a los 20 años para estudiar arte dramático con François Florent. Desde finales de los ochenta, su popularidad se disparó, y ha venido siendo, desde entonces, uno de los rostros más frecuentes y más laureados del cine francés, gozando del reconocimiento de la crítica internacional. Siempre en busca de papeles exigentes y complicados, y con una variedad de registros más que notable, una de sus interpretaciones más populares fue la que realizó en Salir del armario (Le placard, en inglés The closet), haciendo del pobre diablo Pignon. En la segunda parte de esta película (El juego de los idiotas, La doublure en su versión original), se mantiene el personaje de Pignon, esta vez en la figura de un aparcacoches interpretado por Gad Elmaleh, mientras que Auteuil interpreta en este caso al adúltero e implacable empresario que ejerce de malvado de la historia (Auteuil se destaca especialmente por sus papeles cómicos haciendo de hombre desalmado). Otros papeles destacados han sido en Usted primero (Après vous), Mi mejor amigo (Mon meilleur ami) y Asuntos Pendientes (36 Quai des Orfevres).

En cuanto a premios, en 1979, obtiene el premio Gérard-Philipe como mejor actor joven del año; recibió Premio César al Mejor Actor y un Premio BAFTA al Mejor Actor de Reparto por su actuación en "Jean de Florette", y el Premio al Mejor Actor de la European Film Academy por "Un corazón de invierno". En 1996 obtuvo el premio de actuación en Cannes, por la cinta Le Huitième Jour (El Octavo Día).

Tiene una hija, Nelly, con Emmanuelle Béart, con quien mantuvo una relación durante 10 años.

Su pareja actual es Marianne Denicourt.