Après une année passée à l’école de la rue Blanche (ENSATT) en 1979 dans la classe de Jean Deschamps, Jean-Philippe Puymartin complète ses études théâtrales au Conservatoire national supérieur d'art dramatique de Paris dans la classe de Michel Bouquet les deux années suivantes.
Il débute en 1980 à 20 ans sur les planches du théâtre Édouard VII dans Deburau de Sacha Guitry, où il interprète le fils de Robert Hirsch pendant deux saisons avant d’être engagé à la Comédie-Française. Il réalise parallèlement son premier court-métrage, Léon, qui remporte de nombreux prix en 1981, notamment au Festival du film d'humour de Chamrousse et au Festival des festivals à Paris.
À la Comédie-Française, il interprète près d’une trentaine de pièces entre 1981 et 1994, de Sophocle à Molière en passant par Labiche et Goldoni, sous la direction de metteurs en scènes tels que Jacques Lassalle, Otomar Krejča, Jean-Pierre Vincent, Jean-Michel Ribes...). Il continue de réaliser durant cette période des films, la plupart consacrés à sa relation au théâtre (Ferveur : Comédie-Française, Ferveur : Jacques Lassalle), d’autres au monde de la mode (Couleurs : Yves Saint-Laurent) ou à la publicité.
Après son départ de la Comédie-Française et un court séjour à Los Angeles durant lequel il réalise trois documentaires sur des artistes californiens (Ed Moses, Robert Graham et Tony Berlant), il joue dans divers spectacles mis en scène par Jacques Lassalle : La Controverse de Valladolid de Jean-Claude Carrière, Le Misanthrope de Molière, Médée d'Euripide, La Danse de mort d'August Strindberg et Monsieur X, dit ici Pierre Rabier, d'après La Douleur deMarguerite Duras, dont il tire un film en 2009.
La même année, il joue au théâtre Vidy-Lausanne dans l’adaptation de deux nouvelles de Raymond Carver regroupées sous le titre Parlez-moi d'amour, toujours sous la direction de Jacques Lassalle. En 2011, il est au théâtre de la Michodière pour Désiré de Sacha Guitry, aux côtés de Marianne Basler etRobin Renucci.
Depuis la fin des années 1980, Jean-Philippe Puymartin a également une grande activité de doublage. Outre Tom Hanks et Tom Cruise, il est l'une des voix régulières de Sean Patrick Flanery, Chris O'Donnell, Christian Slater, Quentin Tarantino et Mark Dacascos. En animation, il a notamment prêté sa voix aux personnages de Timon (dans Le Roi lion et ses séries dérivées) et Woody dans Toy Story et ses suites2.
Ces dernières années, il a également assuré la direction artistique des versions françaises des films de Steven Spielberg, Robert Zemeckis, Bryan Singer, J. J. Abrams et James Gray (notamment ceux dans lesquels jouent Hanks et Cruise).
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