Fils de colonel, Jean-Claude Brialy vit son enfance au rythme des mutations paternelles. Après son baccalauréat, il s'inscrit d'abord au Conservatoire de Strasbourg où il obtient un premier prix de comédie, puis au Centre d'art dramatique de l'Est. En service militaire à Baden-Baden, il est affecté au service cinéma des armées, qui lui donne entre autres l'occasion de tourner dans son premier court métrage Chiffonard et Bon Aloi. Il sympathise aussi à cette époque avec plusieurs comédiens en tournée théâtrale, dont Jean Marais, qui l'encourage dans sa vocation.

Débarquant à Paris en 1954, il fréquente très vite la bande des Cahiers du Cinéma. C'est Jacques Rivette qui l'engage le premier dans son court métrage Le Coup du berger en 1956. Il tourne la même année L'Ami de la famille, qu'il considère comme son premier vrai rôle, et multiplie les apparitions (Ascenseur pour l'échafaud, 1957). La célébrité arrive en 1958 avec les deux premiers films de Claude Chabrol : Le Beau Serge et Les Cousins révèlent un acteur désinvolte et racé. Compagnon de route des "Jeunes Turcs", Brialy tourne avec Godard (1960, Une femme est une femme), Truffaut (La Mariée était en noir, 1967) ou encore Rohmer (Le Genou de Claire, 1969). Vu aussi chez Buñuel ou Scola, on le retrouve bon copain dans Christine (avec ses amis Delon et Romy Schneider) ou débordé par les femmes (La Chasse à l'homme, Julie pot de colle. Est-ce son goût pour la légèreté et la dérision qui l'empêcheront d'avoir accès aux premiers rôles ? Qu'importe : sans accéder au statut de star, il jouit d'une forte popularité qui ne se démentira jamais.

En 1971, il réalise son premier film, Eglantine, une évocation nostalgique de ses souvenirs d'enfance, primée au Festival de San Sebastian. Attaché à cette période de la vie, Jean-Claude Brialy mettra également en images Les Malheurs de Sophie (1981) et surtout Un bon petit diable (1983), offrant à Alice Sapritch, effrayante en marâtre, un de ses rôles les plus marquants. En tout, il réalisera six longs métrages pour le cinéma, et autant pour la télévision. Parmi ses nombreuses activités, il faut aussi citer celles de directeur de théatre (celui des Bouffes-Parisiens notamment) d'organisateur de festivals, tels que celui de Ramatuelle, et d'animateur d'émissions de radio (sur Europe 1 en particulier). On l'a même entendu pousser la chansonnette face à Anna Karina, chez Godard ou dans le téléfilm Anna sur des airs de Gainsbourg.

S'il cultive une image d'amuseur élégant, Jean-Claude Brialy est aussi capable d'explorer des territoires plus sombres. (Mortelle randonnée de Claude Miller, avec qui il tourna également L'Effrontée, photo). Et, comme souvent dans ces cas-là, ce sont ses incursions dans un registre "sérieux" qui lui valent la reconnaissance de ses pairs : il est nommé au César du Meilleur second rôle en 1977 pour sa composition de procureur dans Le Juge et l'Assassin de Bertrand Tavernier, et obtiendra cette récompense en 1987 pour son rôle d'homo désespéré dans Les Innocents de Téchiné. A partir des années 90, le raffiné Brialy, très à l'aise dans les films d'époque (La Reine Margot, Beaumarchais), trouve peu de personnages forts au cinéma, mais ce boulimique de travail continue d'enchaîner les rôles et les mises en scène sur le petit écran (Les Rois Maudits) et sur les planches.

On retrouve ensuite son nom au générique de plusieurs comédies (dans C'est le bouquet !, il forme avec Dominique Besnehard un couple irrésistible), mais Brialy a surtout surpris son monde en publiant en 2000 un livre de souvenirs Le Ruisseau des singes, dans lequel ce formidable conteur revient entre autres sur son enfance en Algérie. Le succès est tel qu'un deuxième tome suit en 2004, J'ai oublié de vous dire..., nouveau recueil de confidences et de portraits signé par un grand connaisseur du cinéma au coeur de midinette.