Reda Kateb débute sa carrière d'acteur dans le monde du théâtre (il monte sur scène pour la première fois à l'âge de 8 ans) et joue à la fois de grands classiques, mais aussi des pièces contemporaines. Après un passage dans la série Engrenages en 2008, Jacques Audiard le remarque et lui propose un rôle dans Un prophète (2009), aux côtés d'un autre acteur qui débute, Tahar Rahim. L'acteur enchaîne ensuite avec le film choral Qu'un seul tienne et les autres suivront, premier long métrage remarqué de Léa Fehner.

En 2010, Reda Kateb change de registre avec la comédie douce-amère Pieds nus sur les limaces, où figurent aussi Ludivine Sagnier et Diane Kruger. L'acteur revient quelques temps à la télévision dans Mafiosa, où il rencontre l'actrice-réalisatrice Hélène Fillières. Il la retrouve pour le film A moi seule (2011) de Frédéric Videau, où il interprète un homme qui séquestre une jeune fille. Dans le drame policier Trois Mondes (2012), il se voit confronté à Raphaël Personnaz et à Clotilde Hesme.

2013 est une année affermissant encore davantage sa notoriété puisqu'il est à l'affiche de sept long métrages, dont Zero Dark Thirty où il campe avec brio un terroriste torturé par Jason Clarke, et le film choral Gare du Nord dans lequel il tombe amoureux de Nicole Garcia à l'intérieur de la célèbre gare parisienne. L'année suivante, Reda Kateb intègre avec brio le difficile milieu hospitalier dans Hippocrate pour lequel il remporte le César du Meilleur second rôle masculin.

Reconnu en France et à l'étranger, l'acteur multiplie les projets en donnant la réplique à de prestigieux partenaires, de la nouvelle coqueluche du cinéma français Adèle Exarchopoulos dans Qui vive à l'acteur américain Viggo Mortensen dans Loin des hommes. Il poursuit également son incursion à Hollywood dans le premier film remarqué de Ryan Gosling, Lost River où il campe le chauffeur de Christina Hendricks, tout en continuant à tourner pour le cinéma français dans le drame L'Astragale de Brigitte Sy et le polar La Résistance de l'air de Fred Grivois.

A l'aise dans de nombreux registres, le comédien sera prochainement à l'affiche de deux drames français, Les Chevaliers blancs de Joachim Lafosse et Arrêtez-moi là de Gilles Bannier, ainsi que dans Les Beaux Jours d'Aranjuez où il est dirigé par un cinéaste de prestige, l'Allemand Wim Wenders. En 2017, il incarne un homme qui, à sa sortie de prison, cherche à avoir son propre bar dans Les Derniers Parisiens réalisé par les rappeurs Hamé et Ekoué. Pour l'occasion, il retrouve Slimane Dazi après Un prophète. Cette même année, Reda Kateb se glisse dans la peau du rôle-titre du biopic Django.

Habitué aux films de gangsters, le comédien campe également un inspecteur de police déterminé dans Frères ennemis en 2018, aux côtés du Belge Matthias Schoenaerts qui lui incarne un malfrat traqué. Début 2019, l'acteur prolifique rejoint François Civil, Omar Sy et Mathieu Kassovitz dans Le Chant du loup, un film de sous-marin. Dans Hors Normes, Reda Kateb donne la réplique à Vincent Cassel. Dans cette comédie tendre mise en scène par les réalisateurs d'Intouchables (Eric Toledano et Olivier Nakache), les deux acteurs jouent deux éducateurs d'enfants et d'adolescents autistes.

Côté petite lucarne, le natif de Paris campe un diplomate tombant sous le charme d'une jeune femme accusée d'avoir tué son mari dans Possessions, et agent de la BRI traumatisé par son intervention au Bataclan dans En thérapie (série adaptée du programme israélien BeTipul, qui avait aussi donné lieu à En analyse avec Gabriel Byrne).