Après un passage par le Cours Florent, le jeune Yann Tregouët débute sur grand écran en 1993 dans Trois couleurs - Bleu, où il donne la réplique à Juliette Binoche. Très vite, il est considéré comme l'un des acteurs français les plus prometteurs de sa génération. On le voit à l'affiche du Déménagement de Denis Dercourt et, surtout, du Petit voleur d'Erick Zonca. Très actif, véritable touche-à-tout (il n'hésite pas à s'entraîner à la boxe thaï pour les besoins de Fureur), le comédien partage son temps entre cinéma, télévision et théâtre.

Le film Marie-Jo et ses deux amours est un tournant dans la carrière de Yann Tregouët. C'est le début d'une collaboration fructueuse avec le cinéaste populaire marseillais Robert Guédiguian, qu'il retrouvera à l'occasion de Lady Jane (2008), ainsi que pour L'Armée du crime (2009) aux cotés de Virginie Ledoyen et Simon Abkarian. S'il s'illustre dans des films ambitieux et peu commerciaux (Fureur, Camping sauvage ou Itinéraires, dans lequel il tient le premier rôle), Yann Tregouët apparaît en 2008 dans un film générationnel plus grand public intitulé Nés en 68, où il donne la réplique à Laetitia Casta et Yannick Renier.

Depuis, le comédien se fait légèrement plus discret. Après quelques petites prestations à la télévision, notamment dans les séries Suite noire, Quatre garçons dans la nuit et Chez Maupassant, il effectue son retour au cinéma en 2011 dans un genre qu'il connait bien, le drame social, pour La Mer à boire de Jacques Maillot, avec Daniel Auteuil dans le rôle titre.