Bastien Bouillon comenzó su carrera en 2009, actuando en las series RIS, Central Nuit y Boulevard du Palais. Su papel en La guerra está declarada fue el inicio de una larga colaboración con Valérie Donzelli, con quien volvería a trabajar en Mano a mano (2012) y Marguerite et Julien, en competición en Cannes en 2015.

En 2014, su papel en Alta sociedad, de Julie Lopes-Curval, le valió una nominación a los Premios Lumière como actor revelación. Actor fiel, ha trabajado en varias ocasiones con Dominik Moll, en Solo las bestias en 2019 y en el papel protagonista de La noche del 12, presentada en la sección Cannes Première en Cannes 2022. Un papel por el que ha vuelto a ser nominado, tres años después de Subiendo la montaña, de Sébastien Betbeder, a un Premio César como actor revelación.