I suoi nonni, Matilde Muñoz Sampedro e Rafael Bardem, erano attori. Pilar Bardem, la madre, ha girato più di cinquanta film (tra gli altri è insieme al figlio in Carne trémula), e lo zio, Juan Antonio Bardem, è regista e sceneggiatore. Così per Javier, per la sorella Mónica e il fratello Carlos, diventare attori vuole dire continuare il mestiere di famiglia.

Javier A sei anni fa il suo debutto nella serie televisiva El pícaro, ma negli anni successivi la sua attenzione sembra concentrarsi prevalentemente sulle attività sportive: il rugby, che pratica per tredici anni e che lo porta a giocare nella nazionale spagnola, ma anche la boxe e il sollevamento pesi. Coltiva una grande passione per il disegno e, per questo, frequenta la Scuola d'Arti e Mestieri.

A vent'anni ottiene una piccola parte nel film di Juan José Bigas Luna, Le età di Lulù (1990), interpretato anche dalla madre, e l'anno dopo è nel cast di Tacchi a spillo (1991) di Pedro Almodóvar. Qualche anno dopo arrivano i ruoli da protagonista: Boca a boca (1995), di Manuel Gómez Pereira; Carne trémula (1997), di Pedro Almodóvar; Tra le gambe (1999), ancora diretto da Gómez Pereira. Dopo Segunda piel (1999), di Gerardo Vera, Javier Bardem gira Before Night Falls (Prima che sia notte, 2000), di Julian Schnabel, con Johnny Depp e Sean Penn, subito seguito da un altro film americano, Dancer Upstairs (2000), scritto da Manuel Gómez Pereira e diretto da John Malkovich. La sua interpretazione in Before Night Falls, film premiato alla 57esima Mostra del cinema di Venezia con il gran premio della giuria, gli è già valsa la conquista della Coppa Volpi per la migliore interpretazione maschile e lo ha proiettato nella cinquina dei nominati agli Oscar 2001.