Von 1974 bis 1978 absolvierte Wilson eine Schauspielausbildung am Drama Centre London. Eine seiner ersten Rollen hatte er 1979 in "Louis’ unheimliche Begegnung mit den Außerirdischen". Danach spielte er in mehreren französischen Filmen wie "La Boum 2 – Die Fete geht weiter" mit Sophie Marceau. 1985 wurde er erstmals für einen César nominiert. Fünf weitere Nominierungen sollten bis heute folgen, zuletzt 2011 für seine Hauptrolle in "Von Menschen und Göttern". 1990 wurde Lambert Wilson mit dem Jean-Gabin-Preis ausgezeichnet. Wilson spielte überwiegend in französischen Filmen, zu seinen wenigen Hollywoodfilmen gehören unter anderem "Am Rande des Abgrunds" (der letzte Film von Fred Zinnemann), "Sahara – Abenteuer in der Wüste", "Catwoman" sowie "Matrix Reloaded" und "Matrix Revolutions".