Formé à la Comédie de Saint-Etienne, passionné aussi bien par le théâtre classique que par le one-man-show, ce jeune acteur est le point de rencontre entre ces deux univers. Vincent Dedienne se confronte d’abord sur scène aux textes de Molière et Victor Hugo (Le roi s’amuse avec Denis Lavant), puis il adapte et joue Hervé Guibert (Mais tous les ciels sont beaux). Il est également l'un des rôles principaux de la pièce Je marche dans la nuit sur un chemin mauvais d'Ahmed Madani. Il présente en 2014 son premier-seul-en-scène S’il se passe quelque chose pour lequel il remporte en 2017 le Molière de l’humour. Il poursuit sur scène dans la pièce de Marivaux Le Jeu de l’amour et du hasard mise en scène par Catherine Hiegel (Globe de Cristal 2019 du meilleur acteur) et dans Ervart ou les derniers jours de Frédéric Nietzsche de Laurent Fréchuret. En 2020, il propose avec Catherine Frot un cadavre exquis intitulé La carpe et le lapin au Théâtre de la Porte St-Martin. Dès 2014, il écrit aussi des chroniques pour la télévision (Le Supplément de Canal+), la matinale de France Inter puis Quotidien sur TMC.
Côté cinéma, après un court-métrage en 2017 co-écrit avec Mikael Buch (Médée) où il jouait aux côtés de Nathalie Baye, il tourne dans plusieurs longs-métrages : La fête des mères de Marie-Castille Mention-Schaar avec Nicole Garcia et Clotilde Courau, Premières vacances de Patrick Cassir avec Camille Cottin et Camille Chamoux, Parents d’élèves de Noémie Saglio avec Camélia Jordana, L’étreinte de Ludovic Bergery avec Emmanuelle Béart, Terrible Jungle de Hugo Benamozig et David Caviglioli avec Catherine Deneuve.
Depuis 2021, Vincent Dedienne est de retour avec son deuxième seul-en-scène, Un soir de gala, pour lequel il remporte également un Molière de l’humour, en 2022. Il incarne actuellement l’un des personnages principaux dans la série Les Amateurs sur Disney+ au côté de François Damiens.