Gilles Lellouche urodził się 5 lipca 1970 roku w Caen, we Francji. Jego bratem jest francuski dramaturg i aktor
Philippe Lellouche.
Jest absolwentem Cours Florent, niezależnej paryskiej szkoły aktorskiej. Karierę filmową rozpoczął od reżyserowania filmów krótkometrażowych oraz teledysków. Jako aktor zadebiutował w 1996 r. w filmie "
Les Soeurs Hamlet" grając kelnera. W 2003 r. pojawił się w "
Miłości na żądanie"
Yanna Samuella. Zagrał wtedy u boku
Marion Cotillard oraz swojego przyszłego przyjaciela
Guillaume'a Caneta. Dwa lata później za rolę w filmie "
Miłość buja w obłokach" otrzymał pierwszą nominację do Cezara, najbardziej prestiżowej nagrody we Francji. W 2006 r. wystąpił w "Nie mów nikomu" gdzie grał u boku samego
François Cluzeta i
André Dussollier. W 2007 r. pojawił się w takich filmach jak: "
Moje życie to nie komedia romantyczna", "
Siedemnasty stopień" czy "
Uśmiech Melodie". Rok później zagrał Franky'ego w "
Niebie nad Paryżem". W 2010 r. za rolę w "
Niewinnych kłamstewkach" otrzymał kolejną nominację do nagrody Cezar. W 2012 r. pojawił się w komedii pt. "
Niewierni" oraz dramacie "
Thérèse Desqueyroux", gdzie grał u boku
Audrey Tautou.
W 2002 r. związał się z francuską aktorką
Mélanie Doutey. 5 września 2009 r. para doczekała się córki Avy.