Mehdi Nebbou wurde 10. Januar 1971 in Bayonne, Frankreich, als Sohn einer deutschen Mutter und eines algerischen Vaters geboren. Sein älterer Bruder ist der französische Regisseur und Schauspieler Safy Nebbou (*1968). Mehdi Nebbou wuchs in Frankreich auf und zog mit 18 Jahren nach Berlin. Dort besuchte er Schauspiel-Workshops, wechselte aber das Metier, als er 1993 nach Mailand ging und eine Ausbildung zum Tischler absolvierte. Anschließend kehrte er nach Berlin zurück, wo er von 1995 bis 2003 an der Deutschen Film- und Fernsehakademie (dffb) Regie studierte. Während des Studiums realisierte er eigene Kurzfilme und zeichnete als Editor bei der erfolgreichen Videospiel-Verfilmung "Resident Evil" (DE/GB 2002) verantwortlich.

Vor allem aber übernahm Nebbou bereits während seiner Zeit an der dffb erste Schauspielrollen in Kurzfilm- und Fernsehproduktionen. Bald konzentrierte er sich anstelle der Regie ganz auf die Arbeit vor der Kamera. Seine erste Kinohauptrolle spielte er in Benjamin Heisenbergs mehrfach preisgekröntem Drama "Schläfer" (2005), als aus dem Iran stammender Wissenschaftler, der unter Terrorismusverdacht gerät. In Steven Spielbergs "Munich" ("München", US/CN/FR 2005), über die israelische Vergeltung für das Olympia-Attentat 1972, verkörperte er Ali Hassan Salameh, den Chef der palästinensischen Terrorgruppe "Schwarzer September".

Auch in den folgenden Jahren wirkte Mehdi Nebbou in einigen internationalen (meist französischen) Produktionen mit, wobei er auch hier wiederholt in zwielichtigen Rollen besetzt wurde, so etwa als Terrorist in den Agentenfilmen "Body of Lies" ("Der Mann, der niemals lebte", US 2008) und "Secret défense" ("Rekruten des Todes", FR 2008) sowie als Verbrecher in dem Kriminalfilm "Les liens du sang" ("Rivals", FR 2008). In dem Thriller "Switch" (FR 2011) hingegen sah man ihn in einer Nebenrolle als Kriminalpolizisten; in der Komödie "Joséphine" (FR 2013) hatte er eine Hauptrolle als heimliche Liebe der Titelfigur.

Aber auch in deutschen Produktionen war Mehdi Nebbou regelmäßig zu sehen. In Lars Kraumes dystopischem Drama "Die kommenden Tage" (2010) spielte er einen französischen Revolutionär, in der Münchner "Tatort"-Episode "Die Heilige" (2010) einen Gefängnisausbrecher, in dem TV-Krimi "Mein Mann, ein Mörder" (2013) den Ex-Freund eines Mordopfers.

Der hoch gelobte Kinofilm "Wir Monster" (2014) zeigte Nebbou als Vater einer zerrütteten Familie, dessen Teenage-Tochter plötzlich behauptet, einen Mord begangen zu haben. Hauptrollen hatte er auch in Franz Müllers preisgekröntem Freundschaftsdrama "Happy Hour" (2015) und in dem ebenfalls preisgekrönten Psychodrama "Tiere" (CH/AT/PL 2017) mit Birgit Minichmayr und Philipp Hochmair. Viel Kritikerlob erhielt auch "Totgeschwiegen" (2019), mit Nebbou als Ziehvater einer Schülerin, die am Tod eines Obdachlosen beteiligt war. Ridley Scott, mit dem er bereits "Body of Lies" gedreht hatte, besetzte Nebbou in dem Familienepos "House of Gucci" (US 2021) als arabischen Prinz und Geschäftspartner der Gucci-Familie.

2021 übernahm Nebbou eine feste Hauptrolle als Kommissar in der französischen Krimiserie "HPI: Haut Potentiel Intellectuel" ("HIP: Ermittlerin mit Mords-IQ"). Von diesem Zeitpunkt an sah man ihn nur noch vereinzelt in anderen Produktionen, zum Beispiel als abwesenden Vater in dem Mutter-Sohn-Drama "Kein Wort" (DE/FR 2023).

2025 starteten dann gleich zwei Filme mit Mehdi Nebbou in den Kinos: In der Gangstertragödie "Kein Tier. So Wild." verkörperte er ein Mitglied eines arabischen Berliner Clans, in dem Kinderfilm "Der Prank - April, April!" war er der Vater der jungen Hauptfigur.