Jean-Louis Trintignant se narodil v městečku Piolenc. Odmaturoval na avignonském lyceu a poté studoval práva v Aix-en-Provence. V roce 1950 odešel do Paříže, kde navštěvoval herecké kurzy. Divadelní dráhu zahájil roku 1951 v souboru Raymonda Hermantiera, s nímž účinkoval v Schillerově Marii Stuartovně, Mollièrově Donu Juanovi a Shakespearově Macbethovi.
Na filmovém plátně debutoval v krátkém filmu Péchiny z roku 1955. Výrazněji však na sebe upozornil ve skandálním melodramatu A Bůh stvořil ženu, kde ztvárnil neústupného Michela Tardieua, nejmladšího ze tří mužů, do jejichž života zasáhne osudová dívka v podání Brigitte Bardotové.
Film natočil režisér Roger Vadim, s nímž Trintignant natočil i zmodernizovanou verzi přepisu románu Choderlose de Laclose Nebezpečné známosti. Ztvárnil v něm studenta matematiky Dancenyho.
Jednou z jeho nejvýraznějších rolí je ovdovělý automobilový závodník Jean-Louis Duroc, který naváže milostný poměr z filmovou skriptkou Anne – hrála ji Anouk Aimée. Vášnivým automobilovým závodníkem byl herec i v soukromí. Několikrát se zúčastnil závodů Chamonix 24 hodin, Rallye Monte Carlo nebo Tour de France Automobile.
Z jeho filmografie stojí rovněž za zmínku filmy Tři barvy: Červená nebo drama Láska, které natočil kontroverzní německý režisér Michael Haneke. Za tuto roli byl vyznamenán cenou César pro nejlepšího herce.
Po krátkém manželství s herečkou Stéphane Audranovou se v roce 1960 oženil se střihačkou Nadine Marquandovou, která se poté prosadila jako filmová režisérka. Měli spolu dceru Marii, která se stala rovněž herečkou. V roce 2003 tragicky zahynula.
