Stages de jonglage et d'acrobatie, tournages de films en super 8 avec la caméra de son père : Jérémie Renier, fils d’ostéopathes, se passionne dès l'enfance pour le monde du spectacle. A 9 ans, il se présente, sans succès, au casting de Toto le héros, et apparaît dès 1992 à l'écran dans le film à sketches Les Sept Péchés capitaux. En 1995, il est engagé par Luc et Jean-Pierre Dardenne, alors inconnus des cinéphiles. Le tandem lui confie le rôle d'Igor, ado lucide qui tient tête à un père odieux (Olivier Gourmet) dans La Promesse. Le film fait sensation sur la Croisette en 1996, et la prestation du jeune comédien ne passe pas inaperçue.

Trois ans plus tard, on retrouve Jérémie Renier aux côtés de sa compatriote Natacha Régnier, mais très loin de l'univers réaliste des Dardenne, dans Les Amants criminels, conte sanglant du provocateur Ozon. Garçon perturbé dans l'intimiste Faites comme si je n'étais pas là, fils de l'icône Jean-Pierre Léaud dans Le Pornographe de Bonello, il ne se cantonne toutefois pas au cinéma d'auteur, enfilant par exemple le costume du Marquis Thomas d'Apcher pour la superproduction Le Pacte des loups en 2001.

Vu en 2004 aussi bien chez l'exigeant Eugène Green que dans le plus léger San Antonio, Jérémie Rénier est nommé l'année suivante pour sa subtile composition de consultant en entreprise dans Violence des échanges en milieu tempéré. Mais 2005 est aussi marquée par ses émouvantes retrouvailles avec les frères Dardenne, qui font appel à lui pour interpréter le père immature de L'Enfant (Palme d'Or à Cannes).

Oscillant entre naïveté et cynisme dans les grinçants Fair play et Président en 2006, cet acteur très courtisé par les cinéastes français tourne régulièrement dans sa Belgique natale, comme en témoignent le déjanté Dikkenek et Nue propriété avec son frère Yannick et Isabelle Huppert en 2006. Prenant part à des projets à la fois grand public et insolites (Potiche, du théâtre de boulevard revisité par Ozon, Philibert, une parodie de cape et d'épée, ou Pièce montée, une comédie romantique sur le mariage), il reste aussi fidèle à ceux qui lui ont donné sa chance (Le Silence de Lorna puis Le Gamin au vélo des Dardenne).

Fort de son succès grandissant, Jérémie Renier s'exporte : entre 2007 et 2008, il fait une incursion dans le cinéma anglo-saxon avec ses rôles dans Reviens-moi et Bons Baisers de Bruges. En 2012, l'acteur est à l'affiche de deux longs-métrages très disparates : il se glisse dans la peau d'un meurtrier rongé par la jalousie dans Possessions d'Eric Guirado, rôle pour lequel il prend dix-huit kilos ! Difficile à croire, quand on sait que la même année, il se transforme en un Claude François plus vrai que nature dans le biopic musical de Florent Emilio Siri, logiquement intitulé Cloclo.

En 2013, Jérémie Renier tourne pour Jean-Baptiste Andréa dans le thriller La Confrérie des larmes puis est à l'affiche l'année suivante du biobic Saint Laurent où il incarne l'amant du couturier, Pierre Bergé, rôle pour lequel il est nominé au César du Meilleur Acteur dans un Second Rôle Masculin. On le retrouve cette même année dans le drame Le Grand Homme dans la peau d'un légionnaire tête brûlée ayant du mal à trouver sa place dans la société. Un rôle confirmant son engouement pour les personnages torturés, à l'instar de ses prestations de policiers évoluant dans les univers très sombres de Waste Land et Ladygrey.

Après avoir à nouveau tourné sous la direction des Dardenne dans La Fille inconnue, Jérémie Renier campe un thérapeute dans le thriller de François Ozon L'Amant double et un jeune pneumologue confronté au cancer de sa mère dans L'Ordre des médecins. Parallèlement, il réalise, avec son frère Yannick, son premier film, l'envoûtant thriller Carnivores emmené par Leïla Bekhti et Zita Hanrot.

2021 est une année chargée pour le comédien, puisqu'on le voit en entraîneur de ski pédophile dans Slalom, en gendarme tuant accidentellement un agriculteur dans Albatros et en mari confronté à un François Cluzet inquiétant en négationniste. Jérémie goûte aussi aux joies du petit écran avec la mini-série en trois épisodes Amour fou, thriller domestique aux accents hitchcockiens.