Acteur et metteur en scène de théâtre français, Gilles Cohen découvre le théâtre à l’adolescence et choisit de suivre la classe libre du cours Florent. Après cette formation, il commence une belle carrière théâtrale, tout en acceptant des seconds rôles au cinéma dans Parking (Demy, 1985), Trois hommes et un couffin (Serreau, 1985) et Romuald et Juliette (Serreau, 1989).
Gilles Cohen se consacre à la mise en scène de théâtre durant les années 90 et ne revient à l’écran qu’au cours de la décennie suivante où il devient un acteur de complément très apprécié. On le retrouve à l’affiche de Rois et reine (Desplechin, 2004), De battre mon cœur s’est arrêté (Audiard, 2005), Les ambitieux (Corsini, 2006), La fille de Monaco (Fontaine, 2008), Un prophète (Audiard, 2009), Légitime défense (Lacan, 2011), Voir la mer (Leconte, 2011), 20 ans d’écart (Moreau, 2013), La religieuse (Nicloux, 2013) et Trois souvenirs de ma jeunesse (Desplechin, 2015).
A partir de 2015, Gilles Cohen intègre le casting de la série à succès Le bureau des légendes et ceci jusqu’en 2018. On le retrouve aussi dans la comédie à succès Qu’est-ce qu’on a encore fait au bon Dieu ? (Chauveron, 2019). Il incarne ensuite George Mandel dans De Gaulle (Le Bomin, 2019), puis un commissaire dans Comment je suis devenu super-héros (Attal, 2020). Il est ensuite à l’affiche de la comédie OSS 117 : Alerte rouge en Afrique noire (Bedos, 2021). Sur le plan privé, il a été marié à l’actrice Emmanuelle Devos avec qui il a eu deux enfants.
