Vouant un culte au Parrain de Coppola, Yvan Attal intègre le Cours Florent et se fait remarquer dans les années 80 sur scène dans Biloxi Blues, la pièce de Neil Simon, puis, en 1988, dans un téléfilm d'Elie Chouraqui, Parlez-moi d'amour. Mais c'est sa rencontre avec Eric Rochant qui va véritablement lancer la carrière de l'acteur. Sa première apparition à l'écran, dans le rôle de l'ami squatteur d'Hippolyte Girardot dans Un monde sans pitie, lui vaut en 1989 le Prix Michel-Simon et l'année suivante le César du Meilleur espoir masculin. Eric Rochant confiera à Yvan Attal le rôle principal de ses deux films suivants, Aux Yeux du monde, qui marque la rencontre du comédien avec celle qui deviendra sa compagne, Charlotte Gainsbourg (ils seront de nouveau partenaires dans Amoureuse de Doillon puis Love etc.), et Les Patriotes, tourné dans le pays dont il est originaire, Israël. Jouant volontiers les héros tourmentés et les mauvais garçons, de Cantique de la racaille à Bon voyage de Jean-Paul Rappeneau, Yvan Attal est lauréat du prix Jean-Gabin en 1997 et tourne deux ans plus tard en Angleterre avec Michael Winterbottom (With or Without You). En 1997, Yvan Attal passe derrière la caméra avec I got a woman, un court-métrage qui décrit avec humour les affres d'un homme qui partage la vie d'une comédienne. Ce sera le point de départ de son premier long, Ma femme est une actrice, dans lequel il se met en scène aux côtés de sa muse, Charlotte Gainsbourg. Après cette comédie pétillante, qui reçoit un accueil très chaleureux, il signe en 2004 le plus ambitieux Ils se marièrent et eurent beaucoup d'enfants, film choral qui réunit notamment autour du couple Attal-Gainsbourg, Alain Chabat et Emmanuelle Seigner. Loin d'abandonner sa carrière d'acteur, Yvan Attal est la même année à l'affiche d'Un petit jeu sans conséquence, puis tourne aux côtés de Sophie Marceau dans la comédie romantique Anthony Zimmer et de Nicole Kidman dans The Interpreter de Sydney Pollack (2005).