Dopo aver suivi sa scolarité dans l'internat de Philippeville (provincia di Namur) où son père est administrateur, Lucas Belvaux decide, a 16 anni, d'abbandonner ses études et de partir pour Paris, afin de devenir comédien. Iscrivendosi in un corso privato, incontra rapidamente un agente che gli permette di trovare i suoi primi ruoli nei film televisivi.
Nel 1981, Lucas Belvaux fa il suo debutto al cinema, en jeune homme insoumis, dans Allons z'enfants, le plaidoyer anti-militariste di Yves Boisset. Aperçu chezLosey et Zulawski, le comédien tourne en 1985 avec deux maîtres de la Nouvelle vague, Claude Chabrol (Poulet au vinaigre, dans lequel il incarne un facteur trop bavard) e Jacques Rivette (Hurlevent, variazione autour de l'oeuvre d'Emily Brontë ). Tra ingenuità e romanticismo, Lucas Belvaux campe un amoureux du rock in Désordre, premier long métrage d'Olivier Assayas nel 1986, et un clerc de notaire qui séduit Madame Bovary dans l'adaptation par Chabrol du chef-d'oeuvre de Flaubert (1991) ).
Al debutto negli anni '90, Lucas Belvaux passa dietro la telecamera. Autore di una première oeuvre intimiste passata un peu inaperçue (Parfois trop d'amour), ha ottenuto i favori della critica e del pubblico con Pour rire! (1996), vaudeville décalé qui révèle son sens du casting (Jean-Pierre Léaud/Ornella Muti). Forte di questo successo, si lancia in un trittico composto da una commedia (Una coppia épatant), da un thriller (Cavale) e da un mélodrame (Après la vie), i personaggi principali di ogni film devononant les personaggi secondari dei due altri. Le Prix Louis-Delluc viendra couronner en 2005 ce projet aussi ludique qu'ambitieux.
Lucas Belvaux continua a fare l'attore, chez Hervé Le Roux (On appelle ça... le printemps), Akerman, Christian Carion, Régis Wargnier (Pars vite et reviens tard) o Robert Guédiguian, figlio del produttore tramite la société Agat Films. Il joue aussi l'un des rôles principaux de son sixième long métrage comme réalisateur, La Raison du plus faible (2006), polar humaniste tourné dans sa Belgique natale. Puisant son inspiration dans la réalité sociale, il réalise pour la télévision un film sur les formes d'économie alternative (Nature contre nature), une fiction sur l'affaire Elf (2007). Et pour le grand écran, il signe en 2009 Rapt, une oeuvre âpre et intense, d'après un fait divers ritentissant: l'enlèvement du Baron Empain.
