Gilles Cohen joue Molière de la 6e au bac et fait de la figuration dans LA CLÉ SUR LA PORTE (Yves Boisset, 1978).

Il gagne le Cours Florent, monte à 23 ans « Les Intimités d'un séminariste » de Rimbaud (1985), et joue Klaus Mann, Corneille, Shakespeare et « Quisaitout et grobeta » de Coline Serreau (1993).

Il apparaît chez Jacques Demy (PARKING, 1985) et Coline Serreau (3 HOMMES ET COUFFIN, 1985, ROMUALD ET JULIETTE, 1989).

Au fil des ans, il met en scène Labiche, Gaston Leroux, Henri Monnier, Louis Calaferte, Karl Valentin, Hervé Guibert & Zouc et crée « Quel cirque ! » (1991).

Il dirige sa compagne du moment Emmanuelle Devos (« Amoureuse » de Georges de Porto-Riche, 1997, « 24 m3 de silence » de Geneviève Serreau, 2001) et la filme dans le court métrage FORMIDABLE (1998).

Il la retrouve au cinéma dans ROIS & REINE (Arnaud Desplechin, 2004), DE BATTRE MON CŒUR S'EST ARRÊTÉ (Jacques Audiard, 2005) et GENTILLE (Sophie Fillières, 2005).

Deuxième réalisation avec le court PETITE VICTOIRE (2001).

Il enchaîne les films signés Eric Rochant, Catherine Corsini, Guillaume Nicloux, Anne Fontaine, Patrice Chéreau, Jeanne Labrune, Patrice Leconte, Valeria Bruni-Tedeschi, Thierry Klifa ou Audiard.

Les premiers longs métrages le réclament de MA PLACE AU SOLEIL (Eric de Montalier, 2007) à PAULINE ET FRANÇOIS (Renaud Fély, 2010), d'UNE PURE AFFAIRE (Alexandre Coffre, 2011) aux TRIBULATIONS D'UNE CAISSIÈRE (Pierre Rambaldi, 2011).

Il enseigne au Cours Florent, à Chaillot et à la Fémis.