Il fait ses premiers pas au cinéma en 1976, dans Docteur Françoise Gailland de Jean-Louis Bertucelli, aux côtés d'Annie Girardot. Il tourne ensuite dans Les Soeurs Brontë d'André Techiné (1979), Le Beau mariage (1982) et Pauline à la plage (1983) d'Eric Rohmer.
Sa carrière prend un nouvel essor en 1994 avec son interprétation du Duc d'Anjou dans La Reine Margot de Patrice Chéreau, rôle pour lequel il est nominé aux Césars.
Depuis, il a tourné sous les directions respectives de Raoul Ruiz (Le Temps retrouvé), Jacques Doillon (Raja) ou Andrzej Zulawski (La Fidelité). On a pu aussi le voir dans de grosses productions telles que Jeanne d'Arc de Luc Besson ou Nid de guêpes de Florent-Emilio Siri.
En 2007, il retrouve Olivier Dahan (qui l'avait dirigé dans La Vie promise) pour la La Môme. On le retrouve début 2009 dans Nuit de chien de Schroeter Werner.
Pascal Greggory s'est également illustré au théâtre, notamment sous la direction de Patrice Chéreau (Dans la solitude des champs de coton, Le Temps et la chambre, Hamlet, Phèdre) et Luc Bondy (Il ne faut pas jouer avec le feu).
A nouveau en 2009, on le retrouve à l'affiche du 1er long métrage de Mathias Gokalp : Rien de personnel, un drame acide sur la (sur)vie en entreprise.
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