Né le 6 janvier 1981 à Bruxelles de parents ostéopathes, Jérémie Renier se veut un artiste en devenir dès son plus jeune âge. Entre tournages de films en super 8, cours de théâtre et de mime il se passionne dès sa plus tendre enfance pour le monde du spectacle. Bien qu'éconduit lors du casting de Toto le héros, le comédien apparaît en 1992 dans le film à sketchs Les Sept Péchés capitaux. Trois ans plus tard, les frères Dardenne l'engagent pour le rôle d'Igor dans La Promesse. Le long-métrage est nommé au César du meilleur film étranger. En 1999, Jérémie Renier change d'univers pour rejoindre Natacha Régnier dans Les Amants Criminels de François Ozon. Il enchaîne ensuite les rôles exigeants avec Faites comme si je n'étais pas là ou Le Pornographe de Bertrand Bonello. Renier surprend ensuite en faisant une incursion dans le cinéma fantastique avec Le Pacte des loups. Alternant la comédie policière avec San Antonio et l'exigence du cinéma d'auteur d'Eugène Green avec Le Pont des arts, il est nommé l'année suivante pour le César du Meilleur jeune espoir masculin pour Violence des échanges en milieu tempéré.

2005 sera l'année de la consécration puisqu'au-delà de ses retrouvailles avec les frères Dardenne et son interprétation de père immature dans L'Enfant, le film remportera la Palme d'Or au festival de Cannes. En 2006, il tourne dans le cynique Président et apparaît dans Fair Play en compagnie de Benoit Magimel et Marion Cotillard. De plus en plus courtisé, il retourne dans sa Belgique natale pour le déjanté Dikkenek et renoue avec la fiction télévisé pour la première saison de Chez Maupassant. On le voit également dans Nue Propriété en 2006 en compagnie de son frère Yannick. Fidèle aux cinéastes lui ayant mis le pied à l'étrier comme pour Le Silence de Lorna des frères Dardenne en 2008, on le voit la même année partageant l'affiche avec Keira Knightley dans Reviens Moi ou jouant pour Olivier Assayas dans L'heure d'été. Après Bons Baisers de Bruges, on l'a récemment apprécié dans Pièce montée en 2010 ou Potiche.
En 2011, il est à l'affiche dans l'insolite comédie de cape et d'épée Philibert avec Alexandre Astier avant de camper Claude François dans Cloclo de Florent Emilio Siri.