Nato nel 1960 nella banlieue est di Parigi, Frédéric Pierrot intraprende studi in matematica e si avvicina allo spettacolo solo dopo un soggiorno negli Stati Uniti. Tornato in Francia prende corsi di recitazione lavorando parallelamente come macchinista per diverse produzioni cinematografiche. Il debutto davanti alla macchina da presa è nel 1986 per un cortometraggio di Jacques Nolot, Manège. Conosce successivamente Bernard Tavernier, regista che si riferirà spesso a Pierrot per ruoli da caratterista. La loro collaborazione inizia nel 1989 con La vita e nient'altro dove interpreta Marcel e continua con Capitan Conan nel 1996, dove è il capo treno e poi il recente La piccola Lola nel 2004.
Attore esigente, in cerca di sceneggiature impegnate e di registi autoriali, Pierrot reciterà successivamente in Snow and Fire (1991), Les arpenteurs de Montmartre (1992), Legge 627 e Comme un dimanche (1993). Nel '95 appare nella guerra civile spagnola in Terra e libertà per Ken Loach. La sua interpretazione, che mostra la sottile ambiguità tra determinazione e fragilità, gli vale l'attenzione di Jean Luc Godard che lo vuole in For Ever Mozart (1996).

Una carriera di qualità
Saranno comunque gli autori della nuova generazione a sfruttare al meglio le capacità di Frédéric Pierrot come attore. Per Laurent Cantet appare nel 1997 in Les Sanguinaires, nello stesso anno è in Artemisia, mentre nel '98 appare in A vendre - in vendita. Per l'attrice Maria de Medeiros sarà nella rivoluzione portoghese in Capitain d'avril (2000) replicando in parte il ruolo di successo che aveva avuto per Ken Loach.
Nel 2000 appare anche in La vie moderne di Laurence Ferreira Barbosa e in Imago (jours de folie) di Marie Vermillard. Nel 2001 sarà in Una rondine fa primavera, mentre nel 2002 in Devils. Il 2004 lo vede interprete del fantascientifico e originale esperimento di Enki Bilal, Immortal ad vitam, per poi apparire in Cette Femme là di Guillaume Nicloux (2004) o ancora in Les Revenants (2004) di Robin Campillo. Mentre aumentano le apparizioni televisive, Frédéric Pierrot recita anche in Très bien merci (2007) di Emmanuelle Cuau e in Les Forumis Rouges (2007) di Stéphane Carpiaux.
Nel 2008 appare in Ti amerò per sempre e nella nuova produzione di Agnès Jaoui, Parlez-moi de la pluie, accanto a Jean-Pierre Bacri e Jamel Debbouze. Nel 2012 è ancora una volta al fianco di Kristin Scott Thomas nel drammatico La chiave di Sara, diretto da Gilles Paquet-Brenner, oltre a partecipare al film di Laura Morante Ciliegine. In seguito entra nel cast del film di Ozon Giovane e bella, di Marguerite e Julien di Valérie Donzelli e in quello di Mister Chocolat di Roschdy Zem, storia del primo artista nero di Francia.