procedente de una familia de actores y cineastas, jugó rugby en la selección española y estudió pintura, antes de decidirse por la carrera cinematográfica. Hasta entonces, solo contaba con una pequeña participación en el cine: a la edad de once años, actuó junto a su madre, Pilar Bardem.
estudió en la prestigiosa escuela de interpretación Estudio Juan Carlos Corazza para el actor.
en 1994 ganó los premios Fotograma de plata, al mejor actor en el Festival de San Sebastián y el Premio Fernando Rey a la mejor interpretación, por Días contados. En 1995 y 1996 ganó el Premio Goya. En 1997, es elegido Mejor actor del cine europeo, por su actuación en Carne trémula, de Pedro Almodóvar.
Por su actuación en before Night Falls, en la que vive el papel del poeta cubano Reynaldo Arenas, discriminado y perseguido por ser homosexual, recibe el premio al mejor actor en el Festival de Venecia. Con esta película gana proyección internacional y se convierte en el primer español nominado al Oscar al mejor actor.
protagonizó la película debut de John Malkovich como director, The Dancer Upstairs (2002), que narra la historia de la captura de Abimael Guzmán, líder del grupo guerrillero Sendero Luminoso, de Perú.
en 2003 volvió a ganar el Premio Goya por su papel en los lunes al sol. En la ceremonia de entrega del premio, hace una protesta contra la invasión de Irak por Estados Unidos. No ano seguinte, venceu novamente no Festival de Veneza por seu complexo papel em Mar adentro. Neste filme, Bardem interpreta um personagem real, o tetraplégico Ramón Sampedro que empreendeu nos tribunais espanhóis uma batalha judicial pelo direito a se suicidar. Em 2005 foi membro do júri no Festival de Cannes.
No ano de lançamento de Goya’s Ghosts, de 2006, ao lado de Natalie Portman, Bardem esteve envolvido em vários projetos. En el año 2007 apareció en Love in the Time of Cholera, basada en una novela de Gabriel García Márquez, interpretando a Florentino Ariza, hijo de Tránsito Ariza, vivida por la brasileña Fernanda Montenegro.
en 2008, recibió el Oscar en la categoría de mejor actor secundario, por su papel en la película no Country for Old Men, convirtiéndose en el primer actor español en recibir este galardón. En 2010, ganó el premio al mejor actor en el Festival de cine de Cannes por su actuación en la película mexicana Biutiful. El premio fue compartido con el actor italiano Elio Germano, quien actuó en la Nuostra Vita.
en julio de 2010, Bardem se casó con la actriz Penélope Cruz, con quien había estado saliendo durante tres años, en las Bahamas.
el 25 de enero de 2011, Javier Bardem recibió su segunda nominación al Oscar al Mejor actor, esta vez por Biutiful, actuando en español, su lengua materna.
en octubre de 2011, anunció en la cadena de televisión ABC que actuaría en la próxima película de James Bond, Skyfall.
el 9 de noviembre de 2012, el actor ganó una estrella en el paseo de la Fama, colocada justo al lado de su esposa, la también actriz Penélope Cruz.