Vincent Elbaz s'initie à la comédie en s'inscrivant au cours Florent et pratique le théâtre pendant deux ans. Il se produit ainsi dans plusieurs pièces : L'Ouest le vrai de Sam Shepard, La Plaisante aventure (1992) de Carlo Goldoni, Le Bouc (1993) de Rainer Werner Fassbinder ou encore Gueule de nuit (1995). Après un petit passage par la télévision (Alice Nevers, le juge est une femme), il décroche son premier rôle sur grand écran en rejoignant les jeunes espoirs du cinéma français tels que Romain Duris, Hélène De Fougerolles et Elodie Bouchez dans Le Péril jeune de Cédric Klapisch. Il jouera à nouveau sous la direction de ce dernier dans Peut-être (1999) et Ni pour, ni contre (bien au contraire) (2002).

Après être apparu dans Le Plus bel âge (1995) et Enfants de salaud (1996), Vincent Elbaz connaît le succès en interprétant deux comédies populaires phares de 1997 : Les Randonneurs et La Vérité si je mens !, où il incarne le flambeur et dragueur Dov. Valeur montante et incontournable du cinéma français, il se spécialise dans les personnages de jeunes premiers rebelles et séducteurs comme en témoignent ses prestations dans Petits désordres amoureux (1998), Un pur moment de rock'n'roll (1999), Rue des plaisirs (2002) et Embrassez qui vous voudrez (id.).

Auréolé en 1998 du prix Jean Gabin, il n'hésite pas à faire preuve d'autodérision, s'illustrant dans les comédies fantasques Quasimodo d'el Paris (1999) et Absolument fabuleux (2001). Après avoir prêté ses traits au mousquetaire D'Artagnan dans un téléfilm à prestige adapté du célèbre roman d'Alexandre Dumas, il revient au cinéma en 2005, partageant avec Marion Cotillard l'affiche de la comédie romantique Ma vie en l'air. Remarquable en jeune père de famille irresponsable dans Tel père, telle fille (2007), il continue à trimballer sa cool attitude à l'écran, que ce soit à la tête du Dernier gang (id.) ou au sein des Randonneurs, qu'il retrouve pour de nouvelles aventures à Saint-Tropez.

Toujours très à l'aise dans le genre de la comédie, Vincent Elbaz s'illustre en 2009 dans Tellement proches, une satire grinçante sur les relations familiales où il campe Alain, un père de famille un peu déboussolé, marié à Isabelle Carré. Après avoir incarné l'un des membres de la fratrie d'Alexandre Arcady dans le policier Comme les cinq doigts de la main, il joue les bandits sans envergure pris dans une histoire d'amour-haine, dans le premier long métrage d'Emma Luchini, Sweet Valentine (2009), aux côtés de Gilles Cohen, Louise Bourgoin et Vanessa David.

Vincent Elbaz suit ensuite un intensif entrainement militaire pour pouvoir incarner, en 2011, un membre du commando du GIGN dans L'Assaut de Julien Leclercq. L'année suivante, le comédien reprend le rôle de Dov dans La Vérité si je mens ! 3, dernier volet de la célèbre trilogie. Quinze ans après le premier opus, il y retrouve ses amis José Garcia, Gilbert Melki, Bruno Solo et Richard Anconina. Personnage principal de la série d'action créée par Luc Besson No Limit, Vincent Elbaz privilégie, sur grand écran, la comédie, comme en témoignent ses prestations dans Amis publics, Il a déjà tes yeux, Daddy Cool ou encore Andy. Dans ces deux derniers, il incarne un loser sympathique.

Parallèlement, l'acteur goûte aux joies du snowboard dans Tout là-haut aux côtés de Kev Adams, avec qui il avait joué dans Amis publics. On le voit ensuite dans le film d'aventures Mystère, la fantaisie avec Laure Calamy Iris et les Hommes et le drame Vivants, qui nous plonge au sein d'une équipe de reporters passionnés. En 2025, il campe à nouveau un loser attachant dans la comédie de casse Haut les mains. En parallèle, Vincent surprend en jouant un gitan à l’accent très prononcé dans la série B.R.I. et incarne le major à la DGSI territoriale de Lille dans la mini-série M6 Les Espions de la terreur, sur la traque des responsables des attentats de novembre 2015.