Giancarlo Giannini nasce a La Spezia il 13 luglio 1942. Studia recitazione all'Accademia d’Arte Drammatica Silvio d'Amico di Roma e, dopo essere apparso in numerose produzioni teatrali e televisive, debutta al cinema, nel 1965, con una particina nel film Fango sulla metropoli di Henry Wilson. Seguono numerose altre piccole apparizioni, ruoli poco importanti, finché, nel 1969, arriva la popolarità con Dramma della gelosia tutti i particolari in cronaca di Ettore Scola. Sguardo penetrante, dedizione, singolare versatilità, attento studioso dei movimenti e della mimica, dotato di una personale tecnica interpretativa, Giannini comincia a misurarsi con ruoli più difficili. Nel 1972 recita in La prima notte di quiete di Valerio Zurlini e ha la prima parte da protagonista in Mimì metallurgico ferito nell'onore di Lina Wertmüller. L'incontro con Lina Wertmüller è decisivo. Dopo il grottesco e ironico Mimì, nascono dalla loro collaborazione i personaggi più celebri di Giannini: il Tunin di Film d'amore e d'anarchia, ovvero stamattina alle 10 in via dei Fiori nella nota casa di tolleranza (1973), il marinaio Gennarino di Travolti da un insolito destino nell'azzurro mare d'agosto (1974), Pasqualino Settebellezze (1976). Il successo è internazionale ed è sancito da numerosissimi premi: un Nastro d'argento come miglior attore (1973, per Mimì metallurgico), la Palma d’oro a Cannes (1973, per Film d'amore e d'anarchia) e una nomination all'Oscar come miglior attore protagonista (1977, per Pasqualino Settebellezze).

Nel corso della sua lunga carriera lavora con molti dei migliori registi del panorama italiano, tra cui Luchino Visconti (L'innocente, 1976), Sergio Corbucci (Il bestione, 1974; Bello mio, bellezza mia, 1982), Mario Monicelli (I nuovi mostri, 1978; Viaggio con Anita, 1979; I Picari, 1988; Il male oscuro, 1990), Dino Risi (Sessomatto, 1973; I nuovi mostri, 1978; Vita coi figli, 1990). Tra le sue migliori interpretazioni, il napoletano Salvatore Cannavacciuolo di Mi manda Picone (1984) di Nanni Loy, che gli vale il David di Donatello come miglior attore protagonista.

Nel 1986 debutta nella regia con Ternosecco, da lui anche scritto e interpretato. Molte le sue incursioni nel cinema americano, tra cui Il segreto di Santa Vittoria (1969) di Stanley Kramer, l'episodio di New York Stories diretto da Francis Ford Coppola, Life with Zoe (1989), Il profumo del mosto selvatico di Alfonso Arau (1995), Hannibal (2001) di Ridley Scott, grazie al quale vince il Nastro d'argento come miglior attore non protagonista. Il 2002 lo vede protagonista di Ti voglio bene Eugenio, diretto da Francisco José Fernandez, nei panni di un uomo affetto dalla Sindrome di Down. Nel suo palmarès, oltre ai premi già citati, troviamo tre David di Donatello (uno del 1995 come miglior attore non protagonista in Come due coccodrilli di Cristina Comencini e due come miglior attore protagonista: nel 1986 con Celluloide di Carlo Lizzani e nel 2002 con Ti voglio bene Eugenio), due Nastri d'argento (uno del 1998 come miglior attore protagonista in La stanza dello scirocco di Maurizio Sciarra e uno condiviso con tutto il cast artistico maschile di La cena diretto da Ettore Scola) e una Targa d'oro dell'Ente David di Donatello (2000). Ha ricevuto un Nastro d'argento anche come miglior doppiatore maschile, nel 1994, per aver prestato la voce ad Al Pacino in Carlito's Way di Brian De Palma. Oltre ad Al Pacino molti altri attori stranieri hanno beneficiato della sua voce sui nostri schermi.

Con Lina Wertmüller è proprietario della Liberty Films.