Ha alcanzado notoriedad internacional por su participación en producciones de Hollywood y europeas.

Entre ellas se cuentan El Dorado (1988), de Carlos Saura, dos filmes de la saga Matrix, Catwoman (2004; protagonizada por Halle Berry y Sharon Stone) y Sahara (2005), trabajando junto a Matthew McConaughey y Penélope Cruz.

Aparte de actuar, Lambert Wilson también es cantante.

Ha registrado dos álbumes de música clásica como barítono.

En febrero de 2016 realizó el álbum llamado Wilson chante Montand, en memoria al 25 aniversario de la muerte del cantante Yves Montand.