Originaire d'Avignon, il découvre rapidement le théâtre grâce à ses parents (son père était ingénieur et sa mère professeur de lettres). À l'âge de six ans, il rencontre par hasard Agnès Varda, qui le fait tourner dans le court métrage qu'elle tournait alors à Avignon. Le court métrage s'appelle 7 chambres cuisine et salle de bain.

Après son baccalauréat, il part pour Paris afin de suivre des études théâtrales au cours Périmony. Il rejoint ensuite le Conservatoire national supérieur d'art dramatique, où il étudie de 1997 à 2000, dans les classes de Stuart Seide et Jacques Lassalle.

En 2003, il joue dans Le jour du destin et obtient une nomination aux Molières 2004 pour la révélation théâtrale masculine. Outre le théâtre, on peut le voir dans plusieurs séries télévisées françaises, le plus souvent pour un épisode, mais il a également tenu des rôles récurrents, comme dans la série Commissaire Valence, diffusée sur TF1, avec Bernard Tapie dans le rôle-titre.

Loïc Corbery recevant le Swann d'Or au Festival du film de Cabourg 2014.