Fils d'un ingénieur à l'Ecole des Mines qui nourrit une passion pour le piano, Jacques Dutronc grandit dans le 9e arrondissement de Paris, ce qui lui donne l'occasion de fréquenter les salles de cinéma des Grands Boulevards. Mais l'adolescent consacre l'essentiel de son temps à la guitare, et forme au début des années 60 le groupe "El Toro" et les "Cyclones". Bientôt engagé comme assistant du directeur artistique de la maison de disques Vogue, il connaît une soudaine notoriété en 1966 grâce au succès de Et moi, et moi, et moi, un morceau qui ne lui était pourtant pas, à l'origine, destiné.

Quatre ans seront nécessaires à Jean-Marie Périer, photographe des "Copains" et vieux complice de Jacques Dutronc, pour convaincre le chanteur, qui enchaîne alors les tubes écrits par Jacques Lanzmann, d'être le héros de son premier long-métrage, Antoine et Sébastien, en 1973. La vedette de music-hall deviendra pourtant très vite un habitué des plateaux de cinéma, tournant pas moins de vingt films en dix ans. Truand dans Le Bon et les méchants de Lelouch, compagnon bohème d'Isabelle Adjani dans Violette et Francois, Jacques Dutronc, grand admirateur d'Humphrey Bogart, incarne bientôt des personnages très éloignés de son image d'amuseur : il apparaît dans Mado de son cousin Claude Sautet, mais c'est sa composition de clown triste dans le dérangeant L' Important c'est d'aimer de Zulawski, qui impressionne les spectateurs en 1975.

Faux dilettante, Jacques Dutronc alterne désormais tournages et enregistrements d'albums. Il est l'alter ego de Jean-Luc Godard dans le film qui marque le grand retour du cinéaste à la fiction en 1980, Sauve qui peut (la vie), puis tourne avec Barbet Schroeder (Tricheurs) et retrouve Andrzej Zulawski (Mes nuits sont plus belles que vos jours). Mais c'est Pialat qui lui offre son rôle le plus marquant, celui de Van Gogh, dans un film consacré aux derniers jours du peintre d'Auvers-sur-Oise. Sa prestation étonnante de vérité et d'humanité lui vaut le César du Meilleur acteur en 1992.

Puis, Dutronc l'aquoiboniste promène sa nonchalance et son air mystérieux dans les univers troubles de Deville, Nicole Garcia et Chabrol (Merci pour le chocolat, 2000), sans dédaigner un cinéma plus populaire, comme en témoignent ses participations au mélodrame C'est la vie de Jean-Pierre Améris et aux comédies Embrassez qui vous voudrez et Pédale dure. En 2007, il confirme cette tendance populaire en apparaissant aux génériques de la comédie dramatique Ma place au soleil et du polar Le Deuxième souffle, remake du classique de Melville que signe Alain Corneau. Il y côtoie notamment Daniel Auteuil, Monica Bellucci, Michel Blanc et Eric Cantona. En 2010, il initie au braquage la jeune Hafsia Herzi dans le quatrième film de Xavier De Choudens, Joseph et la fille.