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" mis 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.
On l'a vu récemment au cinéma avec avec Catherine Frot ("Fine Fleur"), Noémie Merkant et Soko ("A good man") ou Stacy Martin ("I Love Greece"). Il incarne actuellement l'un des personnages principaux dans la série Les Amateurs sur Disney+ au côté de François Damiens.

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.