Grégori Dérangère naît le 27 mars à Montpellier où ses parents finissent leurs études de médecine. Il passe son enfance à Moscou puis en Guyane française puis revient dans la banlieue parisienne.
À 21 ans, il suit des cours d'art dramatique au célèbre Cours Florent de Paris avec pour professeur l'actrice Joséphine Derenne. À 22 ans, il décroche son premier rôle dans le téléfilm Un air de liberté d'Éric Barbier. En 1995, il intègre l'École nationale supérieure des arts et techniques du théâtre (ENSATT) de Lyon
À 25 ans en 1996, il tourne son premier film au cinéma avec
Charlotte Gainsbourg et
Gérard Lanvin dans Anna Oz d'Éric Rochant. En 1999, il décroche son premier beau rôle de cinéma qui lance sa carrière dans 30 ans de Laurent Perrin, où il joue avec
Arielle Dombasle,
Julie Depardieu,
Laurent Lucas et
Anne Brochet.
Aux Césars 2002, à 31 ans, il est nommé au César du meilleur espoir masculin pour son rôle de gueule cassée de la Première Guerre mondiale dans le film
La Chambre des officiers de François Dupeyron, où il joue avec
Sabine Azéma,
Éric Caravaca,
Jean-Michel Portal et André Dussolier, entre autres.
En 2003 : il joue un premier rôle, Frédéric Auger, un écrivain pris dans la tourmente de la Seconde Guerre mondiale dans
Bon Voyage de
Jean-Paul Rappeneau, où il donne la réplique à
Isabelle Adjani,
Virginie Ledoyen,
Gérard Depardieu,
Yvan Attal, etc. Rôle pour lequel il est enfin césarisé en tant que meilleur espoir masculin lors de l'édition de 2004 de la cérémonie.