Cédric Kahn entre dans le monde du cinéma par la voie du montage : à 21 ans, il travaille à ce poste comme stagiaire, auprès de Yann Dedet, sur le film de Maurice Pialat Sous le soleil de Satan. En 1989, il signe un premier court métrage en vidéo, Nadir, auquel succède un autre court, Les Dernières heures du millénaire, en 1990. La même année, il participe à l'écriture du scénario d'Outremer de Brigitte Roüan. Il co-écrira en 1993 un autre premier "film de femme", Les Gens normaux n'ont rien d'exceptionnel de Laurence Ferreira Barbosa.

Cédric Kahn tourne en 1993 son premier long métrage, Bar des rails, l'histoire d'amour entre un garçon de 16 ans et sa voisine, une jeune mère incarnée par Fabienne Babe. Si le public n'est pas au rendez-vous, la critique loue la fraîcheur et la justesse de ce premier opus, sélectionné à Venise. Comme plusieurs autres cinéastes prometteurs, il tourne ensuite un téléfilm dans le cadre de la série d'Arte Tous les garçons et les filles de leur âge. Intitulée Bonheur, cette chronique adolescente bénéficie d'une sortie en salles dans une version longue, sous le titre Trop de bonheur, avec à la clé le Prix Jean-Vigo 1994. Pour la chaîne franco-allemande, il réalise en 1996 Culpabilité zéro, fruit d'une collaboration avec les élèves du Théâtre National de Strasbourg.

Refusant l'étiquette de "cinéaste naturaliste" qu'on lui a rapidement collée, et fuyant la pose auteuriste, Cédric Kahn se lance alors dans une série d'adaptations qui témoignent d'un bel éclectisme. Il décroche en 1998 le Delluc pour L'Ennui, d'après Moravia, avec Charles Berling en prof de philo obsédé par Sophie Guillemin. Dans Roberto Succo, inspiré du livre-enquête d'une journaliste et présenté en compétition à Cannes en 2001, il retrace le parcours du tueur en série italien. Le réalisateur s'oriente plus franchement vers le thriller avec Feux rouges (2004), adaptation d'un roman poisseux de Simenon. On retrouve le goût du cinéaste pour les personnages qui perdent pied dans cette œuvre sélectionnée à Berlin, et qui offre à Jean-Pierre Darroussin l'occasion de livrer une de ses plus belles prestations.

Avec L'Avion (2005), Cédric Kahn surprend encore en portant à l'écran une bande dessinée, et en s'aventurant dans un territoire peu exploré par le cinéma d'auteur : le conte pour enfants. En 2009, il revient à un cinéma "adulte" avec le vibrant Les Regrets (son premier scénario original depuis plus de dix ans), l'histoire de la résurrection d'une passion amoureuse, avec Yvan Attal et Valeria Bruni Tedeschi dans les rôles centraux. Deux ans plus tard, il reste dans le registre dramatique en écrivant (avec Catherine Paillé) et réalisant Une vie meilleure, au casting assuré par un jeune couple glamour, Guillaume Canet et Leïla Bekhti, en proie à de graves problèmes d'endettement. 

Après la vie meilleure, place à la Vie sauvage : en 2014, le réalisateur exile Matthieu Kassovitz dans le sud de la France, dans un drame portant sur la cavale d'un père de famille prêt à tout pour ses enfants, même à les priver de leur mère. Le cinéaste retrouve ensuite la ferveur naturaliste de ses débuts avec La Prière, où il suit la reconstruction d'un jeune toxicomane, révélant au passage le talent d'Anthony Bajon, récompensé par l'Ours d'Argent du Meilleur acteur à la Berlinale 2018. L'année suivante, il réunit Catherine Deneuve, Emmanuelle Bercot et Vincent Macaigne pour une Fête de famille névrotique, dans laquelle il s'offre un rôle.

En 2023, il ouvre la Quinzaine des Cinéastes avec Le Procès Goldman, consacré au second procès du militant d’extrême gauche Pierre Goldman, jugé pour braquage et meurtre. Ce huis clos intense, porté par la prestation habitée d'Arieh Worthalter, emballe la critique.

En parallèle à sa carrière de cinéaste, Cédric Kahn est aussi acteur, débutant devant la caméra de Xavier Beauvois dans N'oublie pas que tu vas mourir, et poursuivant devant celles d'Elie Wajeman (Les Anarchistes), Joachim Lafosse (L'économie du couple), Pawel Pawlikowski (Cold War), ou encore Cédric Jimenez (Novembre).