De son vrai nom Claude Moine, Eddy Mitchell débute en 1961 comme chanteur du groupe Les Chaussettes Noires, alors qu'employé au Crédit Lyonnais ou coursier pour une compagnie d'assurances, il rêvait de devenir dessinateur de bandes dessinées. Son succès dans l'univers de la chanson est immédiat, avec deux millions de disques vendus et une place de numéro 1 pour le titre Daniela. Sur sa lancée, il poursuit alors une carrière en solo couronnée d'un succès qui ne se démentira pas au fil des décennies. Chantre d'une chanson populaire influencé par la musique américaine, il livre des standards tels que Sur la route de Memphis, Le Cimetière des éléphants ou le délicieux Couleur menthe à l'eau.

Au cinéma, il débute en jouant son propre rôle dans Les Parisiennes, un film à sketches qui sort en 1962. Ce n'est pourtant que vingt ans plus tard qu'il revient sur grand écran et révèle son talent pour la comédie dans Coup de torchon, sous la direction de Bertrand Tavernier, où son étonnante composition d'un personnage veule lui vaut une nomination aux César.

Eddy Mitchell enchaîne avec Attention, une femme peut en cacher une autre, comédie signée Georges Lautner où il a pour partenaire Roger Hanin et Miou-Miou, puis campe un flic cinéphile dans Ronde de nuit de Jean-Claude Missiaen. Une cinéphilie que le chanteur-acteur illustre par ailleurs dans l'émission télévisée La dernière séance, qu'il produit et anime à partir de 1982, et qui propose une sélection de classiques du cinéma américain d'après-guerre.

Après A mort l'arbitre ! de Jean-Pierre Mocky, ses films rencontrent un succès moindre, mais les années 90 lui sourient : il est un délégué CGT dans Promotion canapé (1990), un agent secret dans La Totale (1991) ou un projectionniste dans La Cité de la peur (1994). Mais c'est en 1995 qu'il retrouve la gloire sur grand écran avec Le Bonheur est dans le pré d'Etienne Chatiliez, où sa prestation truculente face à Michel Serrault lui permet de décrocher le César du Meilleur second rôle. Après avoir été au générique de Lovely Rita aux côtés de Christian Clavier, il prête sa voix au personnage de Flappy dans le film d'animation Le Manège enchanté. En 2006, il est le protagoniste central du polar Un printemps à Paris de Jacques Bral.

Eddy Mitchell, qui vient de faire ses adieux à la scène en 2011 au terme d'une très belle tournée à travers l'Hexagone, n'en a toutefois pas encore fini avec le cinéma. Après de subtiles apparitions dans Big City, Bambou et Au bistro du coin, l'acteur-chanteur tient le haut de l'affiche de la nouvelle comédie familiale de son ami Etienne Chatiliez intitulée L'Oncle Charles, aux côtés d'Alexandra Lamy et Valérie Bonneton.

En 2013, Eddy incarne un coach dans Les Petits princes, drame autour du football. Le vieux briscard retrouve ensuite ses complices Claude Lelouch et Johnny Hallyday dans Salaud, on t'aime. En 2018, l'artiste est à l'affiche des Vieux fourneaux, une comédie barrée avec Pierre Richard et Roland Giraud. Compte tenu du succès commercial du film (presque un million d'entrées en France), une suite est rapidement mise sur les rails. Intitulée Les Vieux fourneaux 2 : bons pour l'asile, elle sort en août 2022. Au mois de mars de la même année, l'acteur de 80 ans endosse le rôle de César, le patriarche retrouvé assassiné du Murder Party. Alice Pol, à l'affiche des deux Les Vieux fourneaux, mène l'enquête...