Après des études à l’École Supérieure de Réalisation Audiovisuelle puis à l'École du Louvre, Rémi Bezançon écrit et réalise trois courts-métrages. Il tourne ensuite son premier long-métrage en 2005, Ma Vie en l'air, une comédie romantique interprétée par Vincent Elbaz, Marion Cotillard et Gilles Lellouche, qui raconte les déboires d’un instructeur aérien dont la phobie de l’avion l’empêche de suivre la femme qu’il aime. Le film est nommé aux César dans la catégorie meilleur espoir.

Mais c’est avec Le Premier jour du reste de ta vie, son deuxième film, qu’il est véritablement révélé au grand public en 2008. Cette fresque familiale au ton tragi-comique avec Zabou Breitman et Jacques Gamblin bénéficie d’un bel accueil critique et reçoit 3 César sur 9 nominations. En 2011, le cinéaste adapte le roman d’Eliette Abécassis Un Heureux événement, portrait intimiste d’une jeune femme, incarnée par Louise Bourgoin, qui livre sans tabou ses réflexions au sujet de sa grossesse et des premiers temps de sa maternité.

Il opère ensuite en 2012 un tournant vers l’animation avec Zarafa, un conte pour enfants sur l’épopée historique de la première girafe arrivée en France, cadeau du sultan d’Égypte au roi Charles X. Le film est coréalisé avec Jean-Christophe Lie (ancien de chez Disney et animateur superviseur des Triplettes de Belleville).

En 2015, Rémi Bezançon revient à la prise de vue réelle avec Nos Futurs, bromance douce-amère portée par Pierre Rochefort et Pio Marmaï, son acteur fétiche qu’il dirige pour la troisième fois. Son prochain film, Le Mystère Henri Pick (2019), adapté du roman de David Foenkinos, met en scène Fabrice Luchini et Camille Cottin dans une surprenante enquête sur une imposture littéraire. Il signe quatre ans plus tard Un coup de maître, une comédie sur fond d'amitié située dans le milieu de l'art et emmené par le duo Vincent Macaigne/Bouli Lanners.

En 2026, le metteur en scène convoque Gilles Lellouche, Laetitia Casta et Guillaume Gallienne pour la comédie policière Le Crime du 3e étage.