Fils du comédien Malek Eddine Kateb, cofondateur du Théâtre national algérien, Reda Kateb débute au cinéma dans Un prophète de Jacques Audiard. On le voit ensuite dans des films d’auteur, comme Qu’un seul tienne et les autres suivront (2009) de Léa Fehner, Pieds nus sur les limaces (2010) de Fabienne Berthaud ou Gare du Nord (2013) de Claire Simon. Son interprétation d’interne dans Hippocrate (2014) de Thomas Lilti, au côté de Vincent Lacoste, lui vaut le César du meilleur acteur dans un second rôle.
Il enchaîne ensuite les tournages, partenaire d’Adèle Exarchopoulos dans Qui vive (2014) de Marianne Tardieu, Viggo Mortensen dans Loin des hommes (2014) de David Oelhoffen, Leïla Bekhti dans L’Astragale (2015) de Brigitte Sy, ou Léa Drucker dans Arrêtez-moi là (2015) de Gilles Bannier. Prix Patrick Dewaere 2015, Reta Kateb est nommé au César du meilleur acteur pour son rôle de Django Reinhardt dans Django (2017) d’Étienne Comar, et de l’éducateur de Hors normes (2019) d’Éric Todelano et Olivier Nakache.
Reda Kateb connaît aussi une carrière internationale, terroriste dans Zero Dark City (2013) de Kathryn Bigelow, chauffeur de taxi dans Lost River (2015) de Ryan Gosling, ou protagoniste de Submergence (2017) de Wim Wenders.