Après une scolarité difficile, Alain Chabat, membre du collectif des Nuls, connaît la consécration en 1994 avec La Cité de la peur. Il poursuit dès lors une carrière en solo. Il incarne un mari macho et infidèle dans le Gazon maudit de Josiane Balasko (1994) avant de réaliser son premier long métrage en 1996, Didier, où il se met en scène dans le rôle d'un... labrador ! Auréolé du César de la Meilleure première œuvre, Alain Chabat crée sa société de production, Chez Wam, et revient ensuite devant la caméra, s'illustrant dans le film policier Le Cousin (1997) et la comédie dramatique Le Goût des autres (2000). Il s'essaie même à l'animation en doublant l'ogre vert dans la triomphale saga des Shrek.

En 2002, Alain Chabat signe le scénario et la mise en scène d'Astérix et Obélix : mission Cléopâtre. Plus de 14 millions d'entrées font du film l'un des plus gros succès du box-office français. La côte de sympathie de Chabat est énorme : il est sollicité par les Robins des Bois pour mettre en scène la comédie préhistorique RRRrrrr !!! (2004), joue aux côtés de Gad Elmaleh (Chouchou, 2003) et d'Yvan Attal (Ils se marièrent et eurent beaucoup d'enfants, 2004), ou se retrouve devant la caméra du "Robin" Maurice Barthélémy, qui lui offre en 2005 le rôle doux-amer et plein d'émotion de son Papa. La même année, il incarne avec brio le supérieur macho et obsédé de Gael Garcia Bernal dans La Science des rêves du frenchy Michel Gondry.

L'Ex-Nul, devenu l'une des personnalités les plus puissantes et populaires du cinéma français, campe un célibataire endurci dans Prête-moi ta main, carton au box-office en 2006, un chanteur ringard dans la comédie au ton décalé La Personne aux deux personnes, et coécrit aussi l'adaptation du Petit Nicolas. Se consacrant de plus en plus à ses activités de producteur (Un monde à nous, Ensemble c'est trop en 2010) et à sa carrière internationale (La Nuit au musée 2, A Thousand Words avec Eddie Murphy en 2010), il accepte néanmoins de jouer le rôle principal de Trésor (2009), comédie canine de son vieil ami Claude Berri (producteur de Didier), qui disparait quelques jours après le début du tournage.

Il revient en 2011 dans la nouvelle adaptation de La Guerre des boutons, réalisée par Yann Samuell. Mais son grand retour sur le devant de la scène s'effectue l'année suivante avec sa nouvelle réalisation, qu'il mûrit depuis plus de 10 ans, et pour laquelle il est également acteur, scénariste et producteur : Sur la piste du Marsupilami, adaptation à gros budget du personnage d'André Franquin, marquant par la même occasion ses retrouvailles avec Jamel Debbouze.

Après avoir retrouvé l’animation en prêtant sa voix au personnage de Salis dans L’Âge de glace : la dérive des continents (2012), l’acteur rejoint le casting des Gamins en 2013, où il incarne Gilbert, victime d’une crise existentielle, aux côtés de Max Boublil. En 2014, celui qui a redoré le blason de la saga avec Astérix et Obélix : mission Cléopâtre, prête sa voix au sénateur Prospectus dans Astérix : Le domaine des dieux, d’Alexandre Astier. Il est ensuite à l’affiche du nouveau film de Quentin Dupieux, Réalité, dans lequel il incarne Jason, caméraman, qui, pour réaliser son premier film d’horreur, doit trouver le meilleur gémissement de l’histoire du cinéma.

En 2017, après avoir pris part à Valérian et la Cité des mille planètes de Luc Besson sous les traits de Bob le pirate, Chabat livre la même année son cinquième long métrage, la comédie Santa & Cie, où il incarne ni plus ni moins que le père Noël. En 2020, il retrouve Boublil pour l'original Play et campe un patron de restaurant de campagne qui décide de partir chercher l'amour en Corée dans la comédie romantique #Jesuislà d'Eric Lartigau (La Famille Bélier). Duc d'Aquitaine dans le lucratif Kaamelott - Premier volet, l'acteur tourne ensuite à deux reprises sous la direction de quelqu'un qu'il connaît bien en la personne de Quentin Dupieux (Incroyable mais vrai et Fumer fait tousser).