Após estudar na Faculdade de Artes de Poitiers, Dominique Pinon mudou-se para Paris, onde se matriculou na escola de atuação Cours Simon. Sua estreia no cinema ocorreu em 1981, no filme Diva de Jean-Jacques Beineix.
Pinon é considerado principalmente um ator de teatro, com atuação constante nos palcos desde 1985. Até hoje, ele participou de peças de Gildas Bourdet, Jorge Lavelli, Valère Novarina e muitos outros.
Sua carreira no cinema, com mais de 80 filmes até o momento, destaca uma forte colaboração com o diretor Jean-Pierre Jeunet. Entre esses 8 filmes, datados de 1990 a 2013, suas aparições em Delicatessen (1991), Alien Resurrection (1997) e Amélie (2001) o tornaram conhecido do público fora da França.
Pinon também teve inúmeras aparições na TV francesa, tanto em filmes quanto em séries. Sua aparição internacional mais recente na TV foi como o personagem Mestre Raymond na segunda temporada da premiada série Outlander.
Ele recebeu o prêmio Molière de teatro como Melhor Ator em 2004 e foi condecorado com o título de Officier de l'Ordre des Arts et des Lettres em 2014.