A színész 1966. november 23-án Vincent Crochon néven született Párizsban. Édesanyja, Sabine Litique újságíró, édesapja a neves színész, Jean Pierre Cassel, testvére Ceciel szintén színész. Vincent Cassel még csak tizenöt éves volt, amikor eldöntötte, hogy apja nyomdokaiba lép. Tizenhét évesen cirkusziskolába lépett, de első filmszerepére 1989-ig kellett várnia (Les cigognes n'en font qu'à leur tête). Mathieu Kassovitz rendezővel való több közös munkája miatt (A meszticlány – 1993, A gyűlölet – 1995) Cassel tizenkilenc éves korára az egyik legfoglalkoztatottabb fiatal francia színésznek számított. A színész a 90-es évek közepéig többnyire francia nyelvű filmekben játszott, az évtized közepétől azonban egyre több idegen nyelvű alkotásban vállalt szerepet. Több olyan hollywoodi kasszasikerben is láthatta őt a közönség, mint a Bíbor folyók (2000), az Ocean's Twelve - Eggyel nő a tét (2004), a Ocean's Thirteen - A játszma folytatódik (2007), vagy a Fekete hattyú (2010), de szinkronszínészként a 2001-es Shrekben is közreműködött. Legutóbb a 2013-as Transzban valamint a 2014-es A szépség és a szörnyetegben szerepelt. A karizmatikus színész egyik legemlékezetesebb alakítása a Gaspar Noé rendezésében bemutatott, hatalmas botrányt kavaró Visszafordíthatatlan (2002) volt. A rendezőt sok kritikus rasszistának, homofóbnak illetve nőgyűlölőnek nevezte, de több halálos fenyegetést is kapott. A filmben a színész párját felesége, Monica Bellucci alakította. Cassel 1999-ben vette feleségül a szépségéről is híres színésznőt, akivel közel tíz filmben volt alkalma együtt játszani.