A una edad temprana, Gaspard Ulliel terminó sus estudios de verano en Cours Florent. Después del bachillerato, se marchó a estudiar cine en la Universidad de Saint-Denis.
La carrera como actor de Ulliel comenzó en la televisión y en cortometajes, para después asumir un pequeño papel en El pacto de los lobos, en la que destacaron Monica Bellucci y Vincent Cassel.
Su primer papel importante fue en Besen a quien quieran, una película de Michel Blanc, en la que Charlotte Rampling desempeña el papel principal. Ganó por esta película el Prix des Lumieres y la Estrella de Oro al Mejor actor novel. Su siguiente papel destacado fue como amante de Emmanuelle Beart en Fugitivos (Les Égarés), dirigida por Andre Techine.
Falleció trágicamente en el año 2022, a los 37 años, en un accidente que sufrió mientras practicaba esquí.