En 1963, à l'âge de 16 ans, Bernard Giraudeau s'engage dans la marine nationale et entre à l'École des apprentis mécaniciens de la flotte de Toulon comme "arpette". Il sort major de sa promotion 2 ans plus tard. En 1965-1966, matelot puis quartier-maître, il embarque sur le porte-hélicoptères Jeanne d'Arc et participe aux deux premières campagnes d'application à la mer des officiers élèves. Il embarque ensuite sur la frégate Duquesne avant de quitter la marine pour tenter sa chance en tant qu'acteur.

Il a ainsi fait deux fois le tour du monde avec la Marine avant d’intégrer le Conservatoire national supérieur d'art dramatique entre 1971 et 1974. Il y décroche le premier prix de comédie classique et moderne.

Il a deux enfants avec l'actrice Anny Duperey dont Sara Giraudeau (née en 1985), révélation féminine de la 21^e Nuit des Molières en mai 2007.

Il fait ses premiers pas à l'écran avec Jean Gabin dans Deux hommes dans la ville (1973) et rapidement alterne les grands rôles au cinéma et au théâtre. En 1987, il passe de l'autre côté de la caméra en devenant réalisateur, tout en continuant à tourner comme acteur.

En 2000 il est atteint d'un cancer qui l'oblige à subir l'ablation du rein gauche, puis d'une métastase au poumon en 2005, ce qui le contraint à ralentir ses activités. Bernard Giraudeau comprend qu’il doit changer de vie. Il raconte alors que le cancer lui a permis d’apprendre à se connaître. Il consacrera une partie de son temps à aider les malades en soutenant l'Institut Curie et l'Institut Gustave Roussy

Dans les dernières années de sa vie, il se consacre avec succès à l'écriture. Il devient membre de l'association des "Ecrivains de marine". Son roman Les Dames de nage s'est classé 15^e des ventes de romans en France en 2007 avec 117 000 exemplaires vendus, et ce avant sa publication en format de poche en 2008. Son dernier titre, Cher Amour, publié en mai 2009 aux éditions Métailié, s'est classé 8^e des ventes au classement Relay-Relaxnews du 10 au 16 juin 2009.

Bernard Giraudeau a été le président de la 23^e Nuit des Molières le 26 avril 2009.

Profondément attaché à la Marine nationale, il est le parrain de la promotion 2010 de l'école des mousses, baptisée "Frégate Thétis", du nom du bâtiment ponton où elle était installée. Cette promotion est aussi la première depuis la réouverture de la vénérable école en septembre 2009. En octobre 2009, Bernard Giraudeau participe à la cérémonie de réouverture, aux côtés du ministre de la Défense Hervé Morin et de l'amiral Pierre-François Forissier, chef d'état-major de la marine.

Le 4 novembre 2009, il se voit décerner le Prix Mac Orlan pour Cher Amour, publié aux Éditions Métailié en mai 2009. Il n'a pas pu se rendre à la cérémonie pour raisons de santé.

Bernard Giraudeau est mort, à l'âge de 63 ans, dans un hôpital parisien le 17 juillet 2010, des suites d'un cancer du rein et du poumon