Né en 1961 à Neuilly-sur-Seine, il est le fils du physicien Robert Klapisch et de Françoise Meyer, psychanalyste. Il a une sœur aînée, Coline. Ses grands-parents maternels sont Robert et Raymonde Meyer, couple de résistants juifs, déporté à Auschwitz via Drancy.
Cédric Klapisch vit à Paris et suit des études au lycée Rodin. Après son bac, il fait deux années de préparation littéraire (hypokhâgne et khâgne) option philosophie au Lycée Lakanal. Il tente le concours d’entrée de l’IDHEC où il n’est pas reçu. Il s’inscrit alors à l’université Paris-III en études de cinéma et l’année suivante à l’université Paris-VIII, où il obtient une Maîtrise de cinéma. Son mémoire, qui porte sur Tex Avery, Woody Allen et les Marx Brothers, s’intitule Le non-sens au cinéma, 6ème sens du 7ème art.
À 23 ans, après un deuxième échec au concours d’entrée de l’IDHEC où on lui reproche son goût trop peu prononcé pour le cinéma français de l’époque, il part aux États-Unis où il étudie le cinéma à l’Université de New York (NYU) pendant deux ans. En 1984 il tourne son premier court métrage, Glamour toujours. La même année, il réalise Un, deux, trois mambo, puis Jack le menteur, et l’année suivante In transit, dans lequel apparaît le cinéaste Todd Solondz, lui aussi étudiant à NYU.
À son retour en France, Cédric Klapisch travaille tout d’abord comme électricien sur quelques longs métrages, dont Mauvais sang de Leos Carax, avant de réaliser en 1989 un nouveau court métrage, Ce qui me meut, produit par Adeline Lecailler pour la société Lazennec. Ce court métrage fait beaucoup parler de lui, reçoit plusieurs prix dans différents festivals et son titre deviendra plus tard le nom de la maison de production qu’il crée (et qu’il dirige aujourd’hui en collaboration avec Bruno Lévy).
Il travaille ensuite comme scénariste ou réalisateur pour des films d’entreprise ou des documentaires pour la télévision ; il réalise notamment Masaiitis, un documentaire de 52 minutes pour Canal+ sur les Maasaï du Kenya.
En 1992, Cédric Klapisch passe au long métrage et réalise avec le soutien de Lazennec, Riens du tout, une comédie sociale sur les déboires d’un patron d’entreprise aux prises avec son personnel, qui réalise 500 000 entrées en France. Lazennec vient alors de produire Un monde sans pitié (1989) d’Éric Rochant et La Discrète (1990) de Christian Vincent, et s’apprête à produire La Haine (1995) de Mathieu Kassovitz. Le film choral Riens du tout s’inscrit donc dans l’arrivée d’une nouvelle génération de cinéastes qui rompt avec le cinéma de la Nouvelle Vague et celui des années 1980. Pour ce premier long, Cédric Klapisch réunit une trentaine d’acteurs différents dont Karin Viard, Antoine Chappey, Odette Laure, Zinedine Soualem et surtout Fabrice Luchini.
L’année suivante, Cédric Klapisch accepte de faire un téléfilm pour Arte qui s’inscrit dans une collection lancée par Pierre Chevalier : « Les Années lycée ». Le Péril jeune, produit par Vertigo et diffusé à la télévision en 1994, gagne le Fipa d’or ainsi que le prix de l’humour au festival de Chamrousse. Grâce à Pierre-Ange Le Pogam, aujourd’hui associé de Luc Besson dans la société EuropaCorp, alors en poste chez Gaumont, Le Péril jeune bénéficie d’une sortie en salle en 1995. Ce film, à petit budget, qu’il a coécrit avec deux amis de lycée, Santiago Amigorena et Alexis Galmot, rencontre alors un certain succès, tant critique que public (650 000 entrées en France). À l’affiche, on trouve alors le jeune Romain Duris ainsi que Vincent Elbaz, qui tourneront plusieurs fois par la suite avec Cédric Klapisch. Le Péril jeune est aujourd’hui largement considéré comme l’un des films les plus importants et les plus marquants de la carrière du cinéaste et se range désormais dans la catégorie de films “cultes” de toute une génération.
Après avoir assisté à une représentation de leur pièce de théâtre intitulée Un air de famille, Cédric Klapisch rencontre Jean-Pierre Bacri et Agnès Jaoui qui lui proposent de mettre en scène l’adaptation cinématographique. En parallèle de la préparation d’Un air de famille, il décide de transformer un projet de court en long métrage avec Vertigo Productions et réalise en 1996 Chacun cherche son chat (700 000 entrées en France). Prix de la Critique Internationale au Festival de Berlin, le film reçoit un excellent accueil lors de sa sortie américaine. On retrouve dans cette comédie parisienne Romain Duris, Zinedine Soualem et Simon Abkarian, ainsi que de nombreux habitants du quartier de la Bastille, dans leur propre rôle. La même année sort Un air de famille (1996) qui connaît un grand succès (2 500 000 entrées en France) et reçoit le César du meilleur scénario original, mais aussi deux Césars pour les acteurs Catherine Frot et Jean-Pierre Darroussin.
Si ses quatre premiers films ont permis à Cédric Klapisch de se faire connaître dans le monde du cinéma français, il met tout de même plusieurs années à mener à bien le film Peut-être (1999), projet dont il a déjà entamé l’écriture quelques années plus tôt. Le scénario et le coût du film font peur aux producteurs et c’est finalement la Warner Bros., associée à Vertigo, qui finance ce film « d’anticipation » sur la paternité, situé dans un Paris futuriste et recouvert de sable. Peut-être réunit dans les rôles principaux Jean-Paul Belmondo, Romain Duris et Géraldine Pailhas, mais aussi Vincent Elbaz, Julie Depardieu, Zinedine Soualem, Léa Drucker ou encore Olivier Gourmet. Cette belle distribution rencontre son public lors de sa sortie en salle en 1999 (800 000 entrées en France) mais reçoit un accueil critique mitigé.
Klapisch écrit ensuite un film policier dont la préparation est retardée de quatre mois et décide alors de réaliser très vite L’Auberge espagnole (2002), comédie sur les déboires d’un jeune Français qui part finir ses études à Barcelone. Tourné très rapidement, en HD, ce film passe la barre des 3 000 000 d’entrées, devenant le plus grand succès du réalisateur. Il fait le tour du monde et inscrit définitivement Cédric Klapisch dans la lignée des réalisateurs à succès du cinéma français contemporain.
En janvier 2003 sort Ni pour ni contre (bien au contraire) (400 000 entrées en France), un polar avec Marie Gillain et Vincent Elbaz (qui tourne pour la troisième fois avec Cédric Klapisch après Le Péril jeune et Peut-être). On y retrouve aussi Pierre-Ange Le Pogam, ainsi que Diane Kruger dans un de ses premiers rôles.
Le 15 juin 2005, sort Les Poupées russes, pour lequel Cédric Klapisch retrouve cinq ans plus tard les personnages de L’Auberge espagnole et notamment Xavier, le personnage principal interprété par Romain Duris. Le film est un nouveau succès avec 3 millions d’entrées et vaut à Cécile de France son deuxième César.
En 2008 sort Paris, un film choral sur la capitale et ses habitants, avec dans la distribution Juliette Binoche, Romain Duris, Karin Viard, François Cluzet, Mélanie Laurent, Albert Dupontel ou encore Fabrice Luchini. Ce film, dans la lignée de Short Cuts de Robert Altman ou Magnolia (1999) de Paul Thomas Anderson, est par ailleurs inspiré par Chacun cherche son chat. C’est à nouveau un succès pour Klapisch avec 2 millions d’entrées en France.
En 2010 est diffusé à la télévision L’espace d’un instant, un documentaire réalisé par Cédric Klapisch sur la danseuse étoile Aurélie Dupont. La même année, il entame le tournage d’une nouvelle comédie sociale, Ma part du gâteau (2011), avec au générique Karin Viard et Gilles Lellouche.
En 2013, à propos de l’affaire de la liste de Falciani, il est annoncé dans la presse que Cédric Klapisch possédait un compte en Suisse, d’un montant de 247 000 euros, non déclaré en France, ce qui était alors illégal.
Il revient dans les salles de cinéma le 4 décembre 2013 pour conclure la trilogie des aventures de Xavier Rousseau, cette fois entre Paris et New York. Casse-tête chinois, marque le retour d’une partie du casting : Romain Duris, ainsi que les femmes de la vie de son personnage, interprétées par Kelly Reilly, Audrey Tautou et Cécile de France. Le film fait 1 600 000 entrées en France et se vendra dans plus de 50 pays.
En 2014, il est membre du comité de soutien à la candidature d’Anne Hidalgo à la mairie de Paris.
Le réalisateur revient au documentaire très peu de temps après : en février 2014, Élévation, documentaire pour Canal+ sur le sauteur à la perche Renaud Lavillenie. Il filme le en direct à Donetsk le nouveau recordman du monde avec un saut à 6,16 mètres. Et en avril, la chaîne payante diffuse Mon livre d’histoire, qui lui permet de raconter le parcours de ses grands-parents pendant la Seconde Guerre mondiale.
Et en septembre, une exposition de photos à la Galerie Paris Cinéma, intitulée Paris-New-York, retrace son parcours d’artiste, entre ces deux mégalopoles.
Fin 2015, il revient à la télévision, en collaboration avec Dominique Besnehard, pour sa première série télévisée, Dix pour cent. Le programme, diffusé sur France 2, et dont il met en scène deux des six épisodes de la première saison, connaît un large succès critique et d’audiences.
En novembre de cette même année, Cédric Klapisch initie aux côtés d’Alain Rocca, président d’Universciné, Pascale Ferran et Laurent Cantet, LaCinetek, plateforme de VOD dédiée au cinéma de patrimoine.
Il réaliste Ce qui nous lie (2017).
Il partage sa vie avec Lola Doillon, fille du cinéaste Jacques Doillon et de la monteuse Noëlle Boisson. Ils se sont mariés le 26 juillet 2014 et ont un fils, Emile, né en 2007.