Né en janvier 1965 à Tel-Aviv en Israël, arrivé en France deux ans plus tard, Yvan Attal grandit en banlieue parisienne, à Créteil. Il s'inscrit au Cours Florent puis commence par tourner dans un téléfilm de Elie Chouraqui en 1988 mais c'est sa rencontre avec le cinéaste Eric Rochant qui marque le début de sa carrière cinématographique. Il lui offre un rôle dans Un Monde sans pitié en 1989 qui lui vaut le César du meilleur espoir masculin. Suivront Aux yeux du monde (où il rencontre Charlotte Gainsbourg) et Les Patriotes en 1994.
En tant qu'interprète, les personnages sombres ont sa faveur à l'instar de Cantique de la racaille ou Alissa. On le requiert aussi souvent pour des histoires sentimentales comme dans Le Prof. En 2001, Attal signe avec Ma femme est une actrice son premier long-métrage. Sa carrière prend alors un nouveau tournant. Comme comédien, il retrouve Ravalec pour la Merveilleuse odyssée de monsieur Toboggan, croise Lelouch dans un opus mineur (And Now Ladies and gentlemen), se distingue en mauvais garçon dans Bon voyage de Jean Paul Rappeneau.

Il tourne également pour Bernard Rapp dans Un petit jeu sans conséquences, où un couple est mis à rude épreuve. De nouveau, les problèmes de couples constituent le coeur de son second film, Ils se marièrent et eurent beaucoup d'enfants en 2004. L'acteur continue alors d'explorer des chemins variés. Il rencontre Sophie Marceau dans Anthony Zimmer, puis campe un second-rôle dans l'Interprète de Sydney Pollack en 2005. Spielberg le choisit pour son ambitieux Munich, lui confiant un personnage assez mystérieux. En 2007, il incarne un homme dont le destin bascule violemment après qu'il ait retrouvé un inquiétant camarade de classe dans Le Serpent d'Eric Barbier.
Emouvant dans Partir et Les regrets, il incarne ensuite un homme de pouvoir solitaire dans Rapt de Lucas Belvaux. Après un détour dans l'anecdotique R.I.F et un passage chez Christophe Ruggia dans Dans la tourmente, il retrouve Lucas Belvaux en mars 2012 dans 38 témoins.