Après des débuts sur les planches en 1976, François Cluzet apparaît pour la première fois sur le grand écran en 1979 dans Cocktail Molotov de Diane Kurys. Un an plus tard, il est l'une des têtes d'affiche du Cheval d'orgueil signé Claude Chabrol, un réalisateur qu'il retrouve en 1982 pour Les Fantômes du chapelier, avant de participer à L' Eté meurtrier de Jean Becker (1983) qui lui vaut une nomination au César du Meilleur second rôle en 1984 alors qu'il est égalment en lice pour celui du Meilleur espoir masculin pour Vive la sociale, alors seule comédie dans une longue liste d'oeuvres à l'ambiance majoritairement noire ou mystérieuse. François Cluzet collabore dès lors avec quelques-uns des plus grands noms de la réalisation française tout en gardant une prédilection pour les oeuvres dramatiques: retrouvailles avec Diane Kurys en 1983 pour Coup de foudre, rencontres avec Bertrand Tavernier (Autour de minuit en 1985), Tony Gatlif (Rue du départ, 1985), Claire Denis (Chocolat, 1987), Pierre Jolivet (Force majeure, 1988 et une nouvelle nomination au César du Meilleur second rôle masculin), Bertrand Blier (Trop belle pour toi, 1989) ou encore Robert Enrico (La Révolution française). En 1993, l'acteur retrouve Claude Chabrol pour L' Enfer après avoir tourné avec lui en 1988 pour Une affaire de femmes. 1994 voit François Cluzet s'essayer à l'international avec des participations au Prêt-à -porter de Robert Altman et à French Kiss de Lawrence Kasdan. Retour au cinéma français et à la comédie en 1995 avec Les Apprentis (nomination au César du Meilleur acteur) et Enfants de salaud de Tonie Marshall, suivis d'un nouveau Chabrol, l'acide Rien ne va plus (1997). Grand acteur de composition, il incarne souvent des rôles d'écrivains tourmentés, comme dans Fin août, début septembre d' Assayas,L' Examen de minuit (1998), et Je suis un assassin (2004). Sur un mode plus léger, il campe un illuminé fan de John Lennon dans Janis et John (2003) et un animateur de télé-shopping dans France boutique (2004).
C'est pourtant sa prestation dans un thriller, Ne le dis à personne de Guillaume Canet (un des champions du box office 2006) qui lui vaudra son premier César. Il retrouvera l'acteur/réalisateur en 2008 pour Liens du sang. Devenu un acteur de tout premier plan, François Cluzet participe au luxueux film choral Paris de Cédric Klapisch et enchaîne les premiers rôles forts : alcoolique dans Le Dernier pour la route (2009), il se retrouve souvent dans des histoires d'escrocs et de gangsters en tous genres, comme dans A l'origine (2008) ou encore dans Blanc comme neige (2010). Pour Les Petits mouchoirs, sa troisième collaboration avec Guillaume Canet, François Cluzet joue avec brio les chefs de bande bien trop stressés, aux côtés de Marion Cotillard, Benoît Magimel, Gilles Lellouche et Jean Dujardin.
Cluzet n'hésite pas à se glisser dans la peau de personnages issus de différentes catégories sociales. Preuve en est en 2011, l'acteur passant d'un statut précaire dans Mon père est femme de ménage à un statut plus que confortable dans Intouchables, au sein duquel il campe le rôle d'un riche aristocrate se liant d'amitié avec quelqu'un de très différent de lui, interprété par le comique Omar Sy. Après le succès fulgurant d'Intouchables et ses 20 millions de spectateurs en France, Cluzet reste dans le registre de la comédie mais dans une optique plus légère. En effet, le comédien tourne avec et sous la direction d'Yvan Attal dans Do Not Disturb, l'histoire de deux amis qui se mettent en tête de tourner ensemble un porno gay amateur. Le film est malheureusement un échec critique et commercial.
En 2013, l'acteur détourne un fourgon blindé dans le thriller inspiré de faits réels de Philippe Godeau, 11.6. François se glisse dans la peau de Toni Musulin, convoyeur de fonds ayant mis la main sur un butin de 11.6 millions d'euros avant de se faire arrêter. La même année, il se perd en mer dans le drame maritime de Christophe Offenstein, En Solitaire. Amoureux de Sophie Marceau dans Une Rencontre (2014), meilleur ami de Vincent Cassel dans Un moment d'égarement (2015), l'acteur joue aussi un médecin de campagne dont les jours sont comptés (2016), un homme discret au coeur d'un complot politique dans La Mécanique de l'ombre (id.) et un braconnier amoureux de la nature dans L'Ecole buissonnière (2017).
