Dès l'âge de douze ans, Grégoire Colin se produit sur scène dans les pièces Hécube d'Euripide et Brûle, rivière, brûle. Il décroche ses premiers rôles à la télévision dans le téléfilm Le Jeu du roi en 1988 et au cinéma dans Le Silence d'ailleurs de Guy Mouyal en 1990.Mais c'est L' Année de l'éveil (1991) de Gérard Corbiau qui le révèle véritablement au grand public ; il y incarne François, un enfant de troupe orphelin, initié durement à la vie d'adulte dans une école militaire. Grégoire Colin interprète un jeune moine orthodoxe dans son premier film international, Before the rain (id.) de Milcho Manchevski, qui reçoit le Lion d'or à la Mostra de Venise.Il joue également pour la première fois sous la direction de Claire Denis dans le téléfilm US go home (id.) diffusé sur Arte, et collabore à nouveau avec la réalisatrice sur les drames Nénette et Boni (1996), film pour lequel il reçoit le grand prix d'interprétation masculine au Festival de Locarno, et Beau travail (1999), où il incarne un jeune légionnaire. Dès lors, Grégoire Colin, que l'on a longtemps comparé à Benoît Magimel, son partenaire dans la série Jalna (1994), impose son regard noir et intrigant ainsi que son physique de jeune premier tourmenté dans bon nombre de films d'auteur, parmi lesquels Fiesta (1995) de Pierre Boutron, où il incarne un phalangiste sous les ordres de Jean-Louis Trintignant pendant la guerre civile en Espagne, Secret défense (1998) de Jacques Rivette, La Vie rêvée des anges d'Erick Zonca, où il interprète le petit ami de Natacha Régnier.En 2002, il est à l'affiche de Sex is comedy (2002) de Catherine Breillat et de La Guerre à Paris (id.) de Yolande Zauberman. Il retrouve un grand rôle dans le film d'action Snowboarder, où il partage l'affiche avec un autre jeune acteur talentueux, Nicolas Duvauchelle. La stratégie de Gregoire Colin : alterner film d'auteur, et grosses productions, fonctionne. Il apparait dans trois films en 2005, dont L'Intrus, qui marque sa cinquième collaboration avec Claire Denis. Et il intègre l'univers surréaliste de Raoul Ruiz dans Le Domaine perdu, où il incarne le héros du film, aux côtés de François Cluzet.
