Diplômé du Cours Florent, Gilles Lellouche débute sa carrière cinématographique comme réalisateur de deux courts métrages en 1996 et en 2001, dont un faisant partie du collectif "Zéro un", produit par Luc Besson. Gilles Lellouche enchaîne ensuite la réalisation de plusieurs clips musicaux avec son ami Tristan Aurouet. Dany Brillant, Pascal Obispo ou encore MC Solaar ont fait appel à ses services. En parallèle, il alterne les petits rôles à l'écran.

En 2002 et en 2006, Gilles Lellouche se fait diriger par Guillaume Canet. Une rencontre capitale dans la carrière des deux hommes. Les rôles s'inversent et Gilles Lellouche lui confie à son tour le rôle titre de son premier long-métrage Narco en 2004. Le réalisateur enchaîne par la suite quelques comédies romantiques, campant les machos au coeur tendre. Puis, l'acteur souhaite prendre un nouveau virage et élargit la palette de ses interprétations : enseignant aigri, malfrat ou maraîcher gaffeur.

En 2008, Gilles Lellouche a tourné dans trois films retraçant la vie de gangsters français : Le Dernier gang, Sans arme, ni haine, ni violence et L'instinct de mort.

En 2010, il tourne dans la comédie Une petite zone de turbulences, le thriller Krach, l'adaptation des Aventures extraordinaires d'Adèle Blanc-Sec, le film de potes Les petits mouchoirs (plus gros succès français de l'année), ou le polar A bout portant. Gilles Lellouche devient ainsi l'acteur le plus rentable de l'année.

Du côté de sa vie privée, Gilles Lellouche partage la vie de la comédienne Mélanie Doutey depuis 2002. Ensemble, ils ont une petite fille, née en 2009 et prénommée Ava.

Filmographie :
2012 : Quand je serai petit de Jean-Paul Rouve
2012 : Thérèse D de Claude Miller
2012 : Les Infidèles de Gilles Lellouche
2012 : JC... Comme Jésus Christ de Jonathan Zaccai
2011 : Mineurs 27 de Tristan Aurouet
2011 : Cars 2 (voix)
2011 : Ma Part du gâteau de Cédric Klapisch
2010 : A bout portant de Fred Cavayé
2010 : Les Petits mouchoirs de Guillaume Canet
2010 : Krach de Fabrice Genestal
2010 : Les Aventures extraordinaires d'Adèle Blanc-Sec de Luc Besson
2009 : Les Lascars, d'Albert Pereira Lazaro
2008 : L'Instinct de mort, de Jean-Francois Richet
2008 : Le Premier jour du reste de ta vie, de Rémi Bezançon
2008 : Sans arme, ni haine, ni violence, de Jean-Paul Rouve
2008 : Paris, de Cédric Klapisch
2007 : Ma vie n'est pas une comédie romantique, de Marc Gibaja
2007 : La Chambre des morts, d'Alfred Lot
2007 : Le Dernier gang, d'Ariel Zeitoun
2007 : Ma place au soleil, d'Eric de Montalier
2006 : Le Héros de la famille, de Thierry Klifa
2006 : Ne le dis à personne, de Guillaume Canet
2006 : On va s'aimer, de Ivan Calbérac
2006 : J'ai plein de projets, de Karim Adda
2006 : Léthé, de Antonin Martin-Hilbert
2005 : Ma vie en l'air, de Rémi Bezançon
2005 : Anthony Zimmer, de Jérôme Salle
2004 : Narco, de Gilles Lellouche
2003 : Jeux d'enfants, de Yann Samuell
2003 : Pourkoi... passkeu, de Tristan Aurouet
2002 : Mon idole, de Guillaume Canet
2001 : Ma femme est une actrice, d'Yvan Attal
2000 : Un Arabe ouvert, d'Herve Lasgouttes
1999 : Mes amis, de Michel Hazanavicius
1998 : Folle d'elle, de Jérôme Cornuau
1998 : Les Soeurs Hamlet, d'Abdelkrim Bahloul
1996 : 2 minutes 36 de bonheur, de Gilles Lellouche

Réalisateur :
2004 : Narco
2003 : Zéro un
2003 : Pourkoi... passkeu
1996 : 2 minutes 36 de bonheur

Scénariste :
2004 : Narco, de Gilles Lellouche
2003 : Pourkoi... passkeu, de Tristan Aurouet