Desde su graduación en el Drama Centre londinense en 1977, el actor francés nacido en París ha trabajado mucho en cine con aclamados directores como Fred Zinneman, que le dió su primer papel protagonista en Cinco días un verano, junto a Sean Connery. Wilson también trabajó con Jodie Foster en The Blood of Others de Claude Chabrol; con el director André Techiné en Rendez-Vous, junto a Juliette Binoche; en The Possessed de Andrzej Wajda; El vientre de un arquitecto de Peter Greenaway; El Dorado de Carlos Saura; la aclamada Jefferson in Paris de James Ivory; con Vera Belmont en Red Kiss and Marquise; Un hombre de éxito (The Leading Man) de John Duigan; Same Old Song de Alain Resnais; Trop(peu) d'amour de Jacques Doillon; The Last September de Deborah Warner; y Combat d'amour en Songe de Raul Ruiz, entre otros.

Wilson ha sido nominado cinco veces para los premios Cesar de la Academia Francesa, más recientemente como mejor actor secundario por su interpretación en la comedia de Fabian Onteniente de 1999 Jetset. Pronto se le podrá ver en Timeline, dirigida por Richard Donner, en la nueva película de Alain Resnais Pas Sur la Bouche, y en Colette, una miniserie para la televisión francesa dirigida por Nadine Trintignant.

En teatro, Wilson ha actuado tanto en francés como en inglés. Intervino en A Little Night Music, dirigida por Sean Matthias, con Judi Dench para el Royal National Theater de Londres en 1996, así como en Ashes to Ashes de Harold Pinter en 1998.

Entre sus restantes trabajos teatrales figuran L'Amour de L'Amour, La Machine Infernale, La Celestina, Eurydice y Ruy Blas.

Wilson también se ha dirigido a sí mismo en Les Caprices de Marianne de Musset, que se estrenó en el Theatre des Bouffes du Nord de Peter Brooks en París en 1994, y posteriormente salió de gira por toda Francia. En 2002 dirigió a Kristin Scott Thomas e intervino en Berenice de Racine en el Festival de Avignon y en el Teatro Nacional de Chaillot de París.

Como cantante, Wilson grabó en 1989 un álbum de canciones de los grandes musicales norteamericanos titulado Musicals. El álbum, publicado por EMI y producido por John McGlinn, fue la base de su serie de conciertos Lambert Wilson chante en el Casino de París y en una gira en 1990-91. En 1996 grabó una colección de canciones clásicas de la época dorada del cine francés titulada Demon et Merveilles (Virgin Classics) e inauguró el nuevo Theatre des Abbesses de París en abril de 1997 con conciertos basados en estas grabaciones. El espectáculo, también llamado Demons et Merveilles, estuvo de gira por Francia y se presentó en Canadá, Hong Kong y Japón durante el otoño/invierno de 1997.

Como narrador, Wilson también ha trabajado con algunos de los más grandes directores de orquesta del mundo como Rostropovitch, Prêtre, Masur, Dutoit y Ozawa, en obras como Le Martyre de Saint Sebastien de Debussy, Lelio de Berlioz, L'Histoire du Soldat de Stravinsky y Manfred de Schumann. Entre sus grabaciones figuran el narrador de Le Roi David de Honegger y Oedipus Rex de Stravinsky (con Welser-Möst para EMI).