Бенуа Мажимель родился в семье банковского служащего. В 12 лет он успешно прошёл кастинг и получил одну из двух главных ролей в фильме Этьена Шатилье «Жизнь — это длинная спокойная река». Социальная комедия из жизни 12-летних детей, перепутанных при рождении и выросших не у родных родителей, полюбилась и зрителям, и критикам и получила 4 «Сезара». За этой ролью последовали роли в комедии Кристины Липински «Папа ушёл, мама тоже» (1989) и в телевизионном сериале, а также выступления в различных телепередачах.
В 1993 году Мажимель снова снялся у Кристины Липински ― в «Украденной тетради», романтической драме о временах Второй мировой войны с участием Элоди Буше. За ней последовали многочисленные роли на телевидении. В 1995 г. Бенуа Мажимель получает роль второго плана в фильме Матьё Кассовица «Ненависть» с участием Венсана Касселя и Саида Тагмауи, получивший приз за лучшую режиссуру на Каннском кинофестивале и три «Сезара», в том числе как лучший фильм года.
В 1996 году Мажимель снялся в эпизодической роли в фильме Андре Тешине «Воры» с участием Катрин Денёв и Даниэля Отёя. За эту роль Джимми Фонтаны в 1997 году Мажимель номинировался на «Сезар» как лучший начинающий актёр и приз Мишеля Симона. После главной роли эксцентричного Альфреда де Мюссе в историческом костюмном фильме Дианы Кюри «Дети века» 1999 г. Мажимель сыграл роль тщеславного короля Людовика XIV в драме «Король танцует» 2000 г., для чего провёл три месяца у балетного станка, изучая танцы эпохи барокко. Новым этапом в актёрской карьере Мажимеля стала главная мужская роль Вальтера Клеммера в фильме Михаэля Ханеке «Пианистка» по роману Эльфриды Елинек. Он и его партнёрша по фильму Изабель Юппер получили призы Каннского кинофестиваля 2001 года как лучшие актёры.
После ошеломительного успеха «Пианистки» Мажимель снялся в двух фильмах французского режиссёра Клода Шаброля. В триллере «Цветок зла» его партнёршами по фильму стали Сюзанн Флон и Натали Бай, с которой он уже снимался в ленте «От Матфея». В экранизации криминального романа Рут Ренделл «Подруга невесты» его партнёршей стала Лаура Смет. Европейской публике широко известен фильм «Багровые реки 2 — Ангелы Апокалипсиса» — продолжение «Багровых рек», в котором Мажимель снялся в дуэте с Жаном Рено вместо отказавшегося сниматься Венсана Касселя. В 2005 г. Мажимель снялся в приключенческом фильме Жерара Пиреса «Рыцари неба» и триллере Лионеля Байлу «Честная игра» с участием Марион Котийяр и «Как говорит Шарли» Николь Гарсиа с участием Жана-Пьера Бакри.
В 2021 году исполнил главную роль в драме «После меня», за эту работу был удостоен премии «Сезар». На следующий год вновь получил «Сезар» за лучшую мужскую роль за работу в триллере «Мучения на островах» (фр. Pacifiction : Tourment sur les Îles). Мажимель стал первым актёром в истории премии, вручаемой с середины 1970-х годов, который получил награду в этой номинации дважды подряд.