Yvan Attal est issu d'une famille de pieds noirs français de confession juive. Il naît à Tel Aviv le 4 janvier 1965, puis est élevé par son père, horloger, et sa mère, femme au foyer, dans la banlieue parisienne.
Yvan Attal se passionne très tôt pour le cinéma, et en particulier pour la trilogie de Francis Ford Coppola. Le Parrain fait naître en lui une véritable vocation pour le jeu d'acteur. Il s'inscrit donc au cours Florent à Paris à l'âge de 19 ans et fait ses premiers pas sur les planches, en 1989 dans la pièce Biloxi Blues de Neil Simon.
Après avoir joué dans le téléfilm Parlez-moi d'amour d'Elie Chouraqui, il est révélé au cinéma en 1989 dans Un monde sans pitié d'Eric Rochant. Sa prestation lui vaut de remporter le César du meilleur espoir masculin en 1991 et le Prix Michel Simon. Un an plus tard, c'est sur un autre tournage du même réalisateur qu'il rencontre sa future compagne et inspiratrice: Charlotte Gainsbourg. Ils ont deux enfants, qu'ils prénomment Ben et Alice-Jane.
En 1997 Yvan Attal passe derrière la caméra pour mettre en scène un premier court-métrage I got a Woman. En 2001, il enchaîne cette fois avec un long-métrage à succès, Ma femme est une actrice, dans lequel il s'inspire de sa relation avec sa femme. Il récidive en 2004, avec Ils se marièrent et eurent beaucoup d'enfants, qu'il écrit et réalise en mettant en scène Charlotte Gainsbourg, Alain Chabat et Emmanuelle Seigner.
En 2006, il joue dans le film Munich, de Steven Spielberg. On le voit également dans le rôle du candidat à la présidentielle dans Le candidat de Nils Arestrup, et dans l'Interprète de Sydney Pollack, aux côtés de Nicole Kidman et Sean Penn.
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