Cédric Klapisch vit à Paris et suit des études au lycée Rodin. Après son bac, il fait deux années de préparation littéraire (Khâgne et Hypokhâgne) option Philosophie. Il tente le concours d'entrée de l'IDHEC où il n'est pas reçu. Il s'inscrit alors à Paris III en études de cinéma et l'année suivante à Paris VIII, où il obtient une Maîtrise de cinéma. Son mémoire, qui porte sur Tex Avery, Woody Allen et les Marx Brothers s'intitule: "le non-sens au cinéma, 6ème sens du 7ème art."
A 23 ans, après un deuxième échec au concours d'entrée de l'IDHEC où on lui reproche son goût trop peu prononcé pour le cinéma français de l'époque, il part aux États-Unis où il étudie le cinéma à l'Université de New York (NYU) pendant deux ans. En 1984 il tourne son premier court métrage, Glamour toujours. La même année il réalise Un, deux, trois mambo, Jack le menteur et l'année suivante, In transit, dans lequel apparaît le cinéaste Todd Solondz, lui aussi étudiant à NYU.
A son retour en France, Cédric Klapisch travaille tout d'abord comme électricien sur quelques longs métrages, dont Mauvais sang de Leos Carax, avant de réaliser en 1989 un nouveau court métrage, Ce qui me meut, produit par Adeline Lecailler pour Lazennec. Ce court métrage fait beaucoup parler de lui et reçoit plusieurs prix dans différents festivals - Ce qui me meut deviendra plus tard le nom de la maison de production qu'il dirige aujourd'hui en collaboration avec Bruno Lévy - .
Il travaille ensuite comme scénariste ou réalisateur pour des films d'entreprise ou des documentaires pour la télévision et réalise notamment Masaiitis, un documentaire de 52 minutes pour Canal Plus sur les maasaï du Kenya.
En 1992, Cédric Klapisch passe au long métrage et réalise avec le soutien de Lazennec, Riens du tout, une comédie sociale sur les déboires d'un patron d'entreprise aux prises avec son personnel (500 000 entrées en France). Lazennec vient alors de produire Un monde sans pitié (
Eric Rochant), La discrète (Christian Vincent) et s'apprête à produire
La haine (Mathieu Kassovitz). Ce film choral s'inscrit donc dans l'arrivée d'une nouvelle génération de cinéastes qui rompt avec le cinéma de la nouvelle vague et des années 80. Pour ce premier long, Cédric Klapisch réunit une trentaine d'acteurs différents dont Karin Viard, Antoine Chappey, Odette Laure, Zinedine Soualem et surtout Fabrice Luchini.
L'année suivante, Cédric Klapisch accepte de faire un téléfilm pour Arte qui s'inscrit dans la collection lancée par Pierre Chevalier : « Les années lycée ». Le péril jeune, produit par Vertigo et diffusé à la télévision en 1994, gagne le Fipa d'or ainsi que le prix de l'humour au festival de Chamrousse. Grace à Pierre-Ange Lepogam, aujourd'hui associé de Luc Besson dans la société EuropaCorp, alors en poste chez Gaumont, Le péril jeune devient un long métrage qui sort en salle en 1995. Ce film, à petit budget, qu'il a co-écrit avec deux amis de lycée, Santiago Amigorena et Alexis Galmot, rencontre un joli succès tant critique que public (650 000 entrées en France). A l'affiche, on trouve le jeune Romain Duris ainsi que Vincent Elbaz, qui tourneront plusieurs fois par la suite avec Cédric Klapisch. Le péril jeune est aujourd'hui largement considéré comme l'un des films les plus importants et les plus marquants de la carrière du cinéaste et se range désormais dans la catégorie de films "cultes" de toute une génération.
Après avoir assisté à une représentation de leur pièce de théâtre intitulée Un air de famille, Cédric Klapisch rencontre Jean-Pierre Bacri et Agnès Jaoui qui lui proposent de mettre en scène l'adaptation. En parallèle de la préparation d'Un air de famille il décide de transformer un projet de court en long métrage avec Vertigo Productions et réalise en 1996, Chacun cherche son chat (700 000 entrées en France). Prix de la Critique Internationale au Festival de Berlin, le film reçoit un excellent accueil lors de sa sortie américaine. On retrouve dans cette comédie parisienne Romain Duris, Zinedine Soualem et Simon Abkarian et de nombreux habitants du quartier de la Bastille, dans leur propre rôle. La même année sort Un air de Famille qui connaît un grand succès (2 500 000 entrées en France) et reçoit le César du meilleur scénario, et deux Césars pour les acteurs Catherine Frot et Jean-Pierre Darroussin.
Si ses quatre premiers films ont permis à Cédric Klapisch de se faire connaître dans le monde du cinéma français, il met tout de même plusieurs années à mener à bien le film Peut-être (projet dont il a déjà entamé l'écriture quelques années plus tôt). Le scénario et le coût du film font peur aux producteurs et c'est finalement la Warner, associée à Vertigo, qui financera ce film "d'anticipation" sur la paternité, situé dans un Paris futuriste et recouvert de sable... Peut-être réunit dans les rôles principaux Jean-Paul Belmondo, Romain Duris et Géraldine Pailhas, mais aussi Vincent Elbaz, Julie Depardieu, Zinedine Soualem, Léa Drucker... Un beau casting pour ce film qui rencontre son public et sort en salle en 1999 (800 000 entrées en France).
Il écrit ensuite un film policier dont la préparation est retardée de quatre mois et décide alors de réaliser très vite L'auberge espagnole, comédie sur les déboires d'un jeune français qui part finir ses études à Barcelone. Tourné très rapidement, en HD, ce film sans prétention passe la barre des 3 000 000 d'entrées, c'est le plus grand succès du réalisateur. Il fait le tour du monde et inscrit définitivement Cédric Klapisch dans la lignée des réalisateurs incontournables du cinéma français contemporain.
En Janvier 2003 sort Ni pour, ni contre (bien au contraire) (400 000 entrées en France), un polar nerveux avec Marie Gillain et Vincent Elbaz (qui tourne pour la troisième fois avec Cédric Klapisch après Le péril jeune et Peut-être) et dans le rôle d'un banquier Pierre-Ange Lepogam... On peut aussi voir Diane Kruger dans un de ses premiers rôles.
Le 15 Juin 2005 sort Les poupées russes où Cédric Klapisch retrouve 5 ans plus tard Xavier, interprété par Romain Duris, et tous les personnages de L'auberge espagnole. Le film est un nouveau succès avec 3 millions d'entrée et vaut à Cécile de France son deuxième César.
En 2008 sort Paris, un film choral sur la capitale et ses habitants, avec au casting Juliette Binoche, Romain Duris, Karin Viard, François Cluzet, Mélanie Laurent, Albert Dupontel ou encore Fabrice Luchini... Un film dans la lignée de Short Cuts de Robert Altman ou
Magnolia de Paul Thomas Anderson, qui avait d'ailleurs été inspiré par... Chacun cherche son chat. Et c'est à nouveau un succès (2 000 000 d'entrées en France).
En 2010 est diffusé à la télévision L'espace d'un instant, un documentaire réalisé par Cédric Klapisch sur la danseuse étoile Aurélie Dupont. La même année il entame le tournage d'une nouvelle comédie, Ma part du gâteau, avec au générique Karin Viard et Gilles Lellouche.