Jean-Yves Berteloot naît le 27 août 1957 à Saint-Omer mais grandit non loin de là, à Blendecques, où il s’adonne à sa passion pour la natation et la pêche. Mais c’est finalement vers la comédie que le jeune homme décide de s’orienter. Il s’inscrit alors dans un cours de théâtre amateur à Béthune. Sa carrière d’acteur est lancée lorsqu’il rejoint la troupe de La Salamandre.

Le comédien enchaîne ensuite les castings et effectue sa première apparition devant une caméra en apparaissant dans un épisode de la série Cinéma 16, en 1983.

L’année suivante, Jean-Yves Berteloot fait ses premiers pas au cinéma en jouant sous la direction de Claude Chabrol dans Le Sang des autres, d’après le roman de Simone de Beauvoir, dans lequel il donne la réplique à Jodie Foster et Sam Neill. Cette même année, il joue également aux côtés de Gérard Depardieu et Nathalie Baye dans Rive Droite, Rive Gauche de Philippe Labro.

Au cours des années 1980, l’acteur tourne sous la direction de Manoel de Oliveira (Le soulier de satin – 1985), Bertrand Blier (Tenue de soirée – 1986) ou encore Gérard Oury (Lévy et Goliath – 1987). Mais c’est grâce à son rôle dans Baptême de René Ferrer (1989) que sa carrière prend un nouveau tournant. Grâce à ce personnage, il décroche une nomination au César du meilleur espoir masculin.

Par la suite, malgré quelques rôles au cinéma (Un été après l’autre d’Anne-Marie Étienne – 1990 ; Un homme et deux femmes de Valérie Stroh – 1991 ; Les aveux de l’innocent de Jean-Pierre Améris – 1996…), Jean-Yves Berteloot se tourne surtout du côté de la télévision.

Il apparaît dans de nombreux téléfilms (Cœur de cible de Laurent Heynemann – 1996 ; Le Grand Batre de Frédérique Hébrard – 1997 ; La Tranchée des espoirs de Jean-Louis Lorenzi – 2003…) et séries (Navarro, Louis Page, Commissaire Moulin…).

Au cours des années 2000, le comédien fait quelques apparitions remarquées dans plusieurs grosses productions américaines tournées en France telles que Da Vinci Code de Ron Howard (2006) ou Au-delà de Clint Eastwood (2010).

Dans les années qui suivent, Jean-Yves Berteloot se distingue par ses rôles dans des registres différents, de la comédie (Supercondriaque de Dany Boon – 2014) au drame (Le Chant du loup d’Antonin Baudry – 2019) en passant par le thriller (La prochaine fois je viserai le cœur de Cédric Anger – 2014).

Tournant à deux reprises sous la direction de Cédric Jimenez (BAC Nord – 2019 et Novembre – 2022), le comédien interprète en 2025 le chef de la brigade du GIGn dans le film d’action Ad Vitam de Rodolphe Lauga, aux côtés de Guillaume Canet, diffusé sur Netflix. Il prêtera bientôt ses traits au Général de Gaulle dans le téléfilm allemand Ein Tag im September de Kai Wessel.