Vincent Macaigne s'intéresse très jeune au théâtre, auquel sa mère, peintre iranienne, le sensibilise vite. Il rentre au Conservatoire national supérieur d’Art dramatique de Paris en 1999 après un court passage à celui du 10ème arrondissement parisien. Il se dirige par la suite au cinéma, malgré lui, supplié par son ami Guillaume Brac de jouer dans son moyen-métrage, Le Naufragé alors que sa carrière théâtrale bouclait déjà largement son calendrier.

Acteur multiforme du cinéma français, partout et pourtant inconnu du grand public, Vincent Macaigne est LE comédien du 'jeune' cinéma français : trentenaire, fauché mais hyperactif. Tout à la fois réalisateur, metteur en scène de théâtre, acteur et scénariste, sa carrière s'affiche sur tous les fronts : à Chaillot ou à Cannes, on le retrouve présent, pour des rôles ou des adaptations souvent des plus audacieuses. Prolifique et bien entouré, il tourne avec Catherine Corsini (La Répétition, 2001), Bertrand Bonello (De la guerre, 2007) et Philippe Garrel (Un été brûlant, 2010).

Son "Idiot!" (2009), librement inspiré du roman éponyme de Dostoïevski, ou "Au moins j'aurai laissé un beau cadavre" (2011), d'après Hamlet, constituent son meilleur bagage théâtral. Au cinéma, il est partout à la fois ! En 2013, c'est dans pas moins de trois films où il joue de sa calvitie précoce et de son phrasé tout en douceur et malgré tout gouailleur : La Fille du 14 juillet d'Antonin Peretjatko, La Bataille de Solférino de Justine Triet et 2 automnes 3 hivers de Sébastien Betdeber.

Après cette année particulièrement dense pour lui, Vincent Macaigne se glisse dans la peau de Maxime, un musicien parisien qui décide de rentrer temporairement chez son père dans la petite ville de Tonnerre où il ne tarde pas à rencontrer une fille plus jeune que lui dont il tombe éperdument amoureux. Une prestation intense pour un film original. Toujours en 2014, il apparait dans Tristesse Club face à Ludivine Sagnier et Laurent Lafitte. 

L'année suivante montre à quel point le comédien n'en a pas fini avec les personnages d'éternels amoureux... En témoignent ses prestations dans Une histoire américaine d'Armel Hostiou et Les Deux amis, premier long métrage du comédien Louis Garrel. Très sollicité, le natif de Paris tourne sous la houlette de prestigieux cinéastes, comme Anne Fontaine (Les Innocentes, Marvin ou la belle éducation, Blanche comme neige), Dominik Moll (Des nouvelles de la planète Mars), Cédric Kahn (Fête de famille) ou Olivier Assayas (Doubles vies).

Devenu un acteur incontournable du cinéma français, il n'hésite pas à faire preuve de versatilité. Il devient ainsi littéralement en 2018 le chien de Bouli Lanners dans une comédie dramatique dérangeante de Samuel Benchetrit, après avoir eu Le Sens de la fête pour le duo Toledano-Nakache ; puis devient l'amant de Camélia Jordana dans le chassé-croisé amoureux Les Choses qu'on dit, les choses qu'on fait. 

En 2021, il est à l'affiche de pas moins de trois longs-métrages : la comédie grinçante et provocante L'Origine du monde de Laurent Lafitte, l'absurde et tendre Cette musique ne joue pour personne et le polar Médecin de nuit. Dans ce film noir, tendu et implacable, l'acteur fait preuve d'une présence imposante. Ce registre à contre-emploi lui vaut une nomination au César du meilleur acteur.

On le voit ensuite en maire écologiste dans En même temps, en amant de Sandrine Kiberlain dans Chronique d'une liaison passagère, en sympathique aide-soignant dans Quand tu seras grand, en propriétaire de galerie d'art dans Un coup de maître et dans la peau du peintre français Pierre Bonnard. Tournant beaucoup, Vincent retrouve Emmanuel Mouret pour Trois Amies, tourne pour Cédric Klapisch dans l'original La Venue de l'avenir et incarne un chirurgien dans Muganga - Celui qui soigne.

Le comédien attaque 2026 avec C'est quoi l'amour, une comédie remarquée lors de la 29ème édition du festival de l'Alpe d'Huez.