Diplômé d'HEC, Bernard Fresson décide d'abord de se lancer dans une carrière de sportif professionel puis entre finalement à l'école d'art dramatique Tania Balachova. Tout en commençant une solide carrière théâtrale, en travaillant notamment Jean Vilar, il débute au cinéma à 28 ans avec un petit rôle de soldat allemand dans le film Alain Resnais, Hiroshima mon amour.
Mais, c'est réellement à la fin des années 60 avec ce même réalisateur que ce comédien à la silhouette carrée se distingue notamment dans Je t'aime, je t'aime ou La guerre est finie.Dans les années 70 et 80, il obtient des rôles plus importants et sa gentillesse bourrue séduit de nombreux réalisateurs : Henri-Georges Clouzot avec La Prisonnière, Costa-Gavras avec Z, Claude Sautet dans Max et les Ferrailleurs, Mado et Garçon !, pour lequel il est nommé au César du meilleur acteur dans un second rôle.
Pourtant, il n'interprète des premiers rôles que dans de rares films : Jeudi on chantera comme dimanche en 1967 et Le Guêpiot en 1981. Capable de tourner indifféremment en espagnol, italien, en allemand ou en anglais, il est également sollicité par les réalisateurs étrangers tels que Anatole Litvak, John Frankenheimer ou Samuel Fuller.
Dans les années 90, il apparaît de plus en plus à la télévision sans toutefois abandonner le théâtre et le cinéma. Ainsi, il tourne sous la direction de Nicole Garcia dans Place Vendome - qui lui vaut une deuxième nomination aux César - et L' Adversaire et dans un genre différent, Le Pacte des loups de Christophe Gans.