Formé à l'école du mime et de l'acrobatie, Denis Lavant commence sa carrière de comédien dans les années 1980 à sa sortie du Conservatoire.

Au théâtre, il joue notamment sous la direction d'Antoine Vitez (Hamlet de William Shakespeare, Orfeo de Claudio Monteverdi), Matthias Langhoff (Si de là-bas si loin de O'Nee), Hans Peter Cloos (Le Malade imaginaire de Molière, Cabaret Valentin de Karl Valentin, Roméo et Juliette de William Shakespeare), Bernard Sobel (Cache-cache avec la mort de Mikhail Volokhov, Coeur ardent de A.Ostr, Ubu Roi, d'Alfred Jarry, Homme pour Homme de Bertold Brecht), Jacques Nichet (La Prochaine fois que je viendrai au monde), Jacques Ozemski (La Faim de Knut Hamsun), Antonio Arena (Giacomo le tyranique de Giuseppe Manfridi), Jean-Paul Wenzel (Croisade sans croix de Arthur Koestler), Franck Hoffmann (Dans la solitude des champs de coton de Bernard-Marie Koltès), Dan Jemmet (William Burroughs surpris en possession du Chant du vieux marin de Samuel Taylor Coleridge de Johny Brown), Jean-Claude Idée (Rue de Michel de Ghelderode), Jean-Claude Grindvald (Le Bouc de Reiner Weiner Fassbinder), Habib Naghmouchin (Timon d'Athènes de William Shakespeare), Razerka Ben Sadia-Lavant (Le Projet H.L.A. de Nicolas Fretel), Bruno Geslin (Je porte malheur aux femmes mais je ne porte pas bonheur aux chiens de Joël Bousquet)...

Au cinéma, il est l'acteur fétiche du cinéaste Léos Carax avec qui il travaille depuis 1983 (Boys meet girl, 1983, Mauvais Sang, 1986, Les Amants du Pont-Neuf, 1991). Il tourne également avec Diane Kurys (Coup de foudre, 1982), Robert Hossein (Les Misérables, 1982), Patrice Chéreau (L'Homme blessé, 1983), Claude Lelouch (Viva la vie, 1984, Partir, Revenir, 1985), Pierre Pradinas (Un tour de manège, 1989), Patrick Grandperret (Mona et moi, 1989), Simon Reggiani (De force avec d'autres 1992), Yves Hanchar (La Partie d'échecs, 1994), Jean-Michel Carre (Visiblement je vous aime, 1995), Jacques Weber (Don Juan, 1997) Vincent Ravalec (Cantique de la racaille, 1997), Rolando Colla (Le Monde à l'envers, 1998), Kim Ki-Duk (Yasaeng dongmool pohokuyeok, 1998), Claire Denis (Beau travail, 1999), Lionel Delplanque (Promenons-nous dans les bois, 1999), Veit Helmer (Tuvalu, 1999) Fabrice Genestal (La Squale, 2000), Delphine Jaquet et Philippe Lacote (L'Affaire Libinski, 2001), Noli (Married-Unmarried, 2001), Jean-Pierre Jeunet (Un long dimanche de fiançailles, 2004), Christophe Ali et Nicolas Bonilauri (Camping sauvage, 2004), André Vecchiato (Luminal, 2004), Harmony Korine (Mister Lonely, 2006), Berkun Oya (Happy new year, 2006), Philippe Ramos (Capitaine Achab, 2006) ou encore Paul Greengrass (Bourne ultimatum, 2007).

Pour la télévision il tourne Comment Albert vit bouger les montagnes, un docu-fiction réalisé par Harold Vasselin (2007), Les Enfants perdus de Tranquility Bay, un documentaire réalisé par Jean- Robert Viallet et Mathieu Verboud (2005) et Tamanrasset, téléfilm réalisé par Merzak Allouache pour A r t e (2007).
En 2007, il enregistre les Lettres à Théo de Vincent Van Gogh pour Gallimard et Le Terrier de Franz Kafka pour l'exposition "Bêtes et Hommes" au Parc de la Villette.