[1]​ Lellouche ha aparecido en más de cincuenta películas desde su primera aparición en 1995.

Ha sido nominado dos veces para los Premios César; en 2006 como Actor más prometedor y en 2011 como Mejor Actor por su trabajo en Little White Lies.

De 2002 a 2013, Lellouche tuvo una relación con la también actriz Mélanie Doutey.

[2]​ Su hermano Philippe Lellouche es también actor y director.

Lellouche nació en Savigny-sur-Orge, Francia, de padre argelino y origen judío, y de madre irlandesa y religión católica.