Родился 11 декабря 1930 года в коммуне Пьолан в регионе Прованс – Альпы – Лазурный Берег. Его родителями были Клэр Туртин и отец, промышленник Рауль Трентиньян. Семья мальчика принадлежала к разряду обеспеченных. Дед Жана-Луи был богатым владельцем виноградника. В отличие от его отца, Рауля, посвятившего себя бизнесу, двое из четырех его братьев избрали для себя более экстремальные занятия. Луи и Морис увлеклись автоспортом, и стали известными автогонщиками своего времени. Первый погиб в 1933 году во время тренировочных заездов в Пероне на ипподроме Пикарди. Морис, самый младший в семье, последовав за братом, сел за руль злополучного Bugatti спустя пять лет после трагического инцидента. Впоследствии он не раз поднимался на подиум в различных гоночных соревнованиях и показывал отличные результаты на заездах Формулы-1, где выступал за несколько команд, включая Феррари. Несмотря на гоночные страсти в семье, Жан-Луи принял решение строить свою карьеру в совершенно ином направлении. В возрасте двадцати лет он переехал в Париж чтобы изучать актерское мастерство.
В 1951 году состоялся театральный дебют Трентиньяна, после которого о нем заговорили как об одном из наиболее многообещающих молодых дарований послевоенной эпохи. После нескольких лет успешной работы на сцене объехавший с гастролями большую часть Франции актер был замечен кинематографистами и получил приглашение на съемочную площадку. Дебютной работой дл\ него стала роль Мишеля Тардье в мелодраме Роже Вадима «И Бог создал женщину», где партнершей была звезда французского кинематографа Бриджит Бардо.
После работы над этой картиной в фильмографии актера начался вынужденный перерыв: Жан-Луи получил повестку и был обязан поступить на военную службу. После некоторого времени, проведенного солдатом в Алжире, он вернулся в Париж, и возобновил работу. В 1966 году Трентиньян был приглашен Клодом Лелушем на главную роль в мелодраме «Мужчина и женщина». Выбор режиссера не был случайным. Главным героем его картины по авторскому замыслу должен был стать профессиональный автогонщик. Кто как ни выросший в среде автоспорта Трентиньян был способен лучше проникнуть во внутренний мир своего персонажа. На главную женскую роль была утверждена Анук Эме. Ее кандидатуру предложил Лелушу сам Трентиньян, состоявший в дружеских отношениях с актрисой.
Немаловажным этапом в фильмографии Жана-Луи было участие в нескольких итальянских фильмах, среди которых «Жестокое лето» Валерио Дзурлини, его же «Пустыня Тартари», «Трасса» Этторе Скола, «Конформист» Бернардо Бертолуччи и «Обгон» Дино Ризи. В 1983 году на экраны вышел первый англоязычный фильм Трентиньяна, военная драма Роджера Споттисвуда «Под огнем». Затем актер появился в последнем творении Франсуа Трюффо, криминальном комедийном триллере «Скорей бы воскресенье!» и сиквеле Клода Лелуша «Мужчина и женщина: 20 лет спустя». В 1994 году Жан-Луи исполнил главную роль в последнем фильме польского режиссера Кшиштофа Кесльевского «Три цвета: Красный». В 2012 году после длительного перерыва Трентиньян вернулся на экран в драме Михаэля Ханеке «Любовь». За эту работу актер был удостоен премии Европейской киноакадемии и «Сезара» за лучшую мужскую роль.
