Fils d'un physicien et d'une psychanalyste, Cédric Klapisch, titulaire d'une maîtrise de cinéma à Paris et d'un Master of fine arts à l'Université de New York, commence par réaliser des courts métrages (Glamour toujours, Jack le menteur, Ce qui me meut). Il s'attaque en 1991 à Riens du tout, qui tourne en dérision la communication d'entreprise. Adepte des comédies sociales, il réalise ensuite Le Péril jeune (1995), sur le milieu étudiant dans les années 70, où apparaît Romain Duris, qui deviendra son acteur fétiche.
Romain Duris travaillera en effet à nouveau avec le réalisateur sur Chacun cherche son chat (1996). La même année, Cédric Klapisch accepte d'adapter à la demande de Agnès Jaoui et Jean-Pierre Bacri leur pièce de théâtre, la comédie grinçante Un air de famille, qui remporte le César du Meilleur scénario. Pour son projet suivant, le film d'anticipation Peut-être, qui se déroule lors de la soirée du 31 décembre 1999, Cédric Klapisch peine à trouver un financement. Il arrive néanmoins à boucler le tournage qui réunit à l'affiche Jean-Paul Belmondo et son complice Romain Duris.
En 2002, il renoue avec la comédie sociale avec L'Auberge espagnole, en racontant les péripéties d'une sympathique brochette de jeunes étudiants inscrits au programme Erasmus. Cédric Klapisch enchaîne ensuite avec le tournage de Ni pour ni contre (bien au contraire), un film de gangsters qui tranche radicalement avec ses oeuvres précédentes.
En 2005, le réalisateur donne une suite à L'Auberge Espagnole, intitulée Les Poupées russes, dans laquelle les protagonistes du précédent opus, et plus particulièrement Xavier, sont confrontés à la crise de la trentaine. Trois ans plus tard, Cédric Klapisch s'illustre dans un registre plus dramatique, avec Paris, qui suit les destins croisés de plusieurs personnages au coeur de la ville lumière. Pour ce film, il retrouve les acteurs avec qui il avait démarré comme Fabrice Luchini, Karin Viard, Romain Duris, Zinedine Soualem, et travaille pour la première fois avec, entre autres, Juliette Binoche, Mélanie Laurent, Albert Dupontel, Gilles Lellouche et Julie Ferrier.
Deux ans après avoir consacré un court documentaire à la danseuse étoile Aurélie Dupont en 2009, le cinéaste réunit une nouvelle fois Karin Viard et Gilles Lellouche le temps d'une nouvelle comédie dramatique, Ma part du gâteau. Klapisch s'attarde pour l'occasion sur le monde impitoyable de la finance au sortir de la crise économique. En 2013, il retrouve son acteur fétiche ainsi que Cécile de France, Audrey Tautou et Kelly Reilly dans Casse-tête chinois, la suite des "Poupées Russes", formant ainsi une trilogie avec "L’Auberge Espagnole". Dans ce dernier volet, le personnage de Xavier, la quarantaine et installé à New York, est confronté à une nouvelle étape : être papa.