D'origine italienne, Bruno Putzulu passe son enfance en Normandie. Attiré par le football, il choisit finalement les planches et entre en 1990 au Conservatoire national d'art dramatique avant d'intégrer, en 1994, la Comédie-française. Il y retrouve un camarade de l'Université de Rouen, Philippe Torreton. Celui-ci le présente à Bertrand Tavernier qui en fait l'un des jeunes criminels de L'Appât, le film qui révèle le comédien en 1995.
Après quelques rôles secondaires, Bruno Putzulu fait en 1996 une composition très remarquée de provincial paumé dans Les Aveux de l'innocent de Jean-Pierre Améris. Nominé pour ce film au César du Meilleur espoir masculin, il ne décrochera cette récompense que deux ans plus tard grâce à son rôle de séducteur dans Petits Desordres amoureux. Passant avec aisance d'un registre à l'autre, l'acteur au jeu physique et à la diction décalée est de plus en plus sollicité : il apparaît notamment dans le drame social Une minute de silence et la comédie Pourquoi pas moi ? en 1999.
Après l'avoir vu dans Les Passagers de Jean-Claude Guiguet, Jean-Luc Godard (à qui Bruno Putzulu voue une grande admiration) le fait tourner dans son film-poème Eloge de l'amour, en 2001. Se tenant à l'écart des chapelles (son indépendance d'esprit et sa forte personnalité lui vaudront d'ailleurs d'être licencié de la Comédie-Française en 2002), l'acteur prend également part au succès populaire de Michel Boujenah, Père et fils (2003), dans lequel il campe un des enfants de Philippe Noiret. Donnant la réplique à son vieux complice Philippe Torreton dans Monsieur N. en 2003, Putzulu retrouve l'année suivante le cinéaste qui l'a fait débuter, Bertrand Tavernier, pour Holy Lola.
Donnant la réplique à Sylvie Testud dans Tout pour l'oseille (2003) de Bertrand Van Effenterre, il apparaît également dans le premier film français à être tourné en HD, Les Gens honnêtes vivent en France, de Bob Decout, dans lequel il incarne un modeste employé de bibliothèque municipale, premier rôle du film. Il faut ensuite attendre 2006 pour le retrouver Dans les cordes, premier long-métrage de Magaly Richard-Serrano. Il apparaît en parallèle de plus en plus fréquemment dans des téléfilms et séries français, tels que Chez Maupassant, de Gérard Jourd'hui et Mister Mocky présente, du cinéaste éponyme.
Il incarne un second rôle dans le dernier film de Claude Berri, Trésor, mais concentre surtout sa carrière sur la télévision et le théâtre. Apparaissant dans pas moins de trois téléfilms et série (Vénus et Apollon) en 2009, il joue également cette même année sous la direction de Jean-Claude Berutti dans une adaptation du "Médecin malgré lui". Il sort par ailleurs son premier album en 2010, intitulé "Drôle de monde" dont il écrit tous les textes, et retourne sur les plateaux pour Jean-Pierre Mocky avec qui il partage la vedette dans son film Les Insomniaques. C'est enfin en 2014, après plus de deux ans d'absence sur le grand écran, qu'on le retrouve dans L'Art de la fugue, de Brice Cauvin, aux côtés d'Agnès Jaoui et Laurent Lafitte. Il tourne auparavant de nouveau avec Gérard Jourd'hui en 2013 dans le téléfilm "Le Boeuf clandestin" et joue dans la pièce à succès "Occupe toi d'Amélie" dont la tournée dura près d'un an.