Enfant de la balle, Clovis Cornillac débute sa carrière sur les planches à 15 ans aux côtés de metteurs en scène aussi réputés que Peter Brook ou Alain Françon (Une lune pour les déshérités). Apparaissant pour la première fois au cinéma en jeune délinquant dans Hors-la-loi de Robin Davis, il interprète très tôt des personnages de malfrats (Les Années sandwiches de Pierre Boutron, Il y a maldonne de John Berry). En 1998, il tourne La Mère Christain sous la direction de sa mère, la comédienne Myriam Boyer. S'il multiplie les rôles sur le petit et le grand écran ainsi qu'au théâtre, Clovis Cornillac devra attendre 1999 et Karnaval de Thomas Vincent - un film qui révéle également Sylvie Testud - pour voir son talent reconnu. Dans cette histoire d'amour sur fond de carnaval dunkerquois, il campe un mari jaloux au sang chaud, une prestation qui lui vaut une nomination au César du Meilleur espoir masculin. A l'affiche de nombreux premiers films (Carnages de Delphine Gleize, Vert paradis d'Emmanuel Bourdieu), cet acteur tout-terrain impressionne en transsexuel dans le film de genre Maléfique en 2002. Comédien au regard intense et au physique de boxeur - une activité à laquelle il se destinait étant jeune -, Clovis Cornillac est nommé en 2004 au César du Meilleur second rôle pour sa composition d'attachant voyou dans A la petite semaine de Sam Karmann. Devenu incontournable dans le paysage cinématographique français, il apparaît dans des films aussi différents que Malabar Princess (2004), une tendre chronique qui remporte un beau succès commercial, l'intimiste La Femme de Gilles - sélectionné à Venise -, et la fresque de Jean-Pierre Jeunet Un long dimanche de fiançailles. Auréolé d'un César du Meilleur second rôle en 2005 pour son irrésistible composition de footballeur fan de Bau-delaire dans Mensonges et trahisons..., il prend part, la même année, au succès du délirant Brice de Nice. S'imposant aussi bien dans le cinéma d'auteur que dans les grosses productions commerciales, Clovis Cornillac obtient des rôles de tout premier plan allant du pilote de chasse casse-cou des Chevaliers du ciel au commissaire Valentin des Brigades du Tigre en passant par le propriétaire d'une maison hantée dans la comédie disco Poltergay (2006). Après ses prestations très physiques dans Le Serpent et Scorpion, cet acteur de tous les défis continue son ascension vers la gloire en remplaçant en 2006 Christian Clavier dans le rôle de l'irréductible Gaulois pour la mégaproduction Astérix aux Jeux Olympiques. En 2007, il change à nouveau de registre avec la comédie dramatique et musicale Faubourg 36 de Christophe Barratier. Pour les besoins de son personnage Milou, qui chante et danse sur les planches dans un spectacle haut en couleurs, il prend des cours de chant. Il poursuit en 2008 dans le genre dramatique en tournant sous la direction de Claude Chabrol dans Bellamy. 2010 est marque par sa participation à deux comédies, l'une policière (Protéger et servir) et l'autre romantique (L' Amour c'est mieux à deux), jusqu'à se perde en pleine jungle guyanienne dans 600 kilos d'or pur d'Eric Besnard.
2011 est à nouveau une année des plus chargées pour l'acteur. Enchaînant toujours les films d'action et les comédies populaires, le comédien donne la réplique à Mélanie Laurent dans le sombre thriller Requiem pour une tueuse, avant de jouer un mari qui essaie sans succès d'avoir un enfant avec Olivia Bonamy dans Une folle envie. Il participe également à Monsieur Papa, la première expérience de Kad Merad en tant que réalisateur, et prête sa voix une nouvelle fois aux pingouins de la version française de Happy Feet 2, avant de reprendre les rôles musclés pour le film policier Dans la tourmente, où il partage la scène avec Mathilde Seigner et Yvan Attal.
Sa carrière ne connaît définitivement aucun temps mort, puisque l'année suivante, il se glisse dans la peau du charismatique animateur d'une émission radio dans la comédie Radiostars, sous la direction de Romain Théo Levy. Toujours la même année, l'acteur devient François, un passionné du Tour de France dans La Grande boucle. Puis, en 2015, il passe pour la première fois derrière la caméra pour la comédie Un peu, beaucoup, aveuglément où il incarne un inventeur de casse-têtes aux côtés de Mélanie Bernier.
