Né dans une famille juive marocaine, Jérémie Elkaïm coécrit, à 17 ans, Un léger différend d'Olivier Séror, court-métrage pour lequel il recevra le prix d’interprétation à Clermont-Ferrand. François Ozon le repère alors et le fait tourner dans Scènes de lit. Sébastien Lifshitz, avec Presque rien, lui offrira son premier rôle dans un long-métrage. Par la suite, les rôles se succèdent dans les films de Bertrand Bonello, Gilles Marchand, Catherine Corsini, Benoît Jacquot et Emmanuel Salinger. Jérémie Elkaïm tourne également pour la télévision et notamment pour l’adaptation française de la série The Office (Le Bureau), réalisée par Nicolas et Bruno.
En 2010, il cosigne le scénario et interprète plusieurs rôles dans le premier long-métrage de sa compagne Valérie Donzelli, La Reine des pommes, qui rencontrera un grand succès public et critique. Parallèlement à sa carrière d’acteur, il réalise son premier court-métrage Manu qui sera sélectionné à Clermont-Ferrand. Pour la 64{{e}} édition du Festival de Cannes, il est à l’affiche de deux films : Polisse de Maïwenn, qui remporte le prix du jury, et La guerre est déclarée de Valérie Donzelli, dont il est coscénariste et qui s'inspire très directement de leur propre histoire. Ce dernier film est projeté en ouverture de La Semaine de la critique.