Bastien Bouillon begann seine Karriere 2009 mit Rollen in den Serien „RIS“, „Central Nuit“ und „Boulevard du Palais“. Seine Rolle in „Kriegserklärung“ markierte den Beginn einer langen Zusammenarbeit mit Valérie Donzelli, mit der er später an „Hand in Hand“ (2012) und „Marguerite et Julien“ arbeitete, der 2015 im Wettbewerb der Filmfestspiele von Cannes gezeigt wurde.

2014 brachte ihm seine Rolle in Julie Lopez-Curvals Film „High Society“ eine Nominierung für den Prix Lumières in der Kategorie „Bester Nachwuchsdarsteller“ ein. Als treuer Darsteller arbeitete er mehrfach mit Dominik Moll zusammen, insbesondere in „Only the Animals“ 2019 und in der Hauptrolle von „Die Nacht des 12.“, der 2022 in der Sektion „Cannes Première“ der Filmfestspiele von Cannes vorgestellt wurde. Für diese Rolle wurde er erneut – drei Jahre nach Sébastien Betbeders Film „Auf dem Berg“ – für den César in der Kategorie „Bester Nachwuchsdarsteller“ nominiert.