Er stammt aus einer Familie von Schauspielern und Filmemachern, spielte Rugby für die spanische Nationalmannschaft und studierte Malerei, bevor er sich für eine Filmkarriere entschied. Bis dahin hatte sie nur eine kleine Teilnahme am Kino: Im Alter von elf Jahren spielte sie neben ihrer Mutter Pilar Bardem.
studierte am Estudio Juan Carlos Corazza für den Schauspieler.
1994 gewann er die Fotogramma de Prata Awards für den besten Schauspieler beim San Sebastián Festival und den Fernando Rey Award für die beste Leistung für días contados. 1995 und 1996 gewann er den Goya-Preis. 1997 wurde er für seine Leistung in Pedro Almodóvars Carne trémula zum besten Schauspieler des europäischen Kinos gewählt.
Für seinen Auftritt in Before Night Falls, in dem er die Rolle des kubanischen Dichters Reynaldo Arenas lebt, der wegen seiner Homosexualität diskriminiert und verfolgt wird, erhält er den Preis für den besten Schauspieler bei den Filmfestspielen von Venedig. Mit diesem Film gewinnt er internationale Projektion und wird der erste Spanier, der für den Oscar als bester Schauspieler nominiert ist.
spielte in John Malkovichs Regiedebütfilm The Dancer Upstairs (2002), der die Geschichte der Gefangennahme von Abimael Guzmán, dem Anführer der peruanischen Guerillagruppe Sendero Luminoso, erzählt.
2003 gewann er erneut den Goya-Preis für seine Rolle in Los lunes al sol. Bei der Preisverleihung protestiert er gegen die Invasion des Irak durch die Vereinigten Staaten. No ano seguinte, veneu novamente no Festival de Veneza por seu complexo papel em Mar adentro. In diesem Film spielt Bardem eine reale Person, den Tetraplegiker Ramón Sampedro, der unsere spanischen Gerichte direkt nach dem Selbstmord mit einem Rechtsstreit beginnt. 2005 war er Mitglied der Jury der Filmfestspiele von Cannes.
Im Jahr der Einführung von Goya Ghosts, 2006, neben Natalie Portman, Bardem esteve envolvido em vários projetos. 2007 trat er in Love in the Time of Cholera auf, basierend auf einem Roman von Gabriel García Márquez, der Florentino Ariza spielte, den Sohn von Tránsito Ariza, der von der Brasilianerin Fernanda Montenegro gelebt wurde.
2008 erhielt er den Oscar in der Kategorie bester Nebendarsteller für seine Rolle in dem Film No Country For Old Men und wurde damit der erste spanische Schauspieler, der diese Auszeichnung erhielt. 2010 gewann er den Preis für den besten Schauspieler bei den Filmfestspielen von Cannes für seine Leistung im mexikanischen Film Biutiful. Der Preis wurde mit dem italienischen Schauspieler Elio Germano geteilt, der in La Nuostra Vita die Hauptrolle spielte.
Im Juli 2010 heiratete Bardem die Schauspielerin Penélope Cruz, mit der er seit drei Jahren zusammen war, auf den Bahamas.
Am 25. Januar 2011 erhielt Javier Bardem seine zweite Oscar-Nominierung als bester Schauspieler, diesmal für Biutiful, in Spanisch, seiner Muttersprache.
Im Oktober 2011 gab er im ABC-Fernsehsender bekannt, dass er im nächsten James Bond-Film Skyfall mitspielen werde.
Am 9. November 2012 gewann der Schauspieler einen Stern auf dem Hollywood Walk of Fame, direkt neben seiner Frau, der ebenfalls Schauspielerin Penélope Cruz.