Après des études au Conservatoire national supérieur d'art dramatique de Paris, il débute à la télévision en 1968 avec le rôle de Pierre dans le feuilleton télévisé *Juliette et Julien*. Cette même année, il participe pour la première fois au Festival de Cannes avec le film *La Horse* de Jacques Rivette.
Il connaît un grand succès à partir des années 1970 avec des rôles dans des films d'auteurs tels que Jean-Luc Godard, Claude Sautet et François Truffaut. Il est notamment l'un des principaux interprètes de la trilogie de Jean-Luc Godard *Détective*, *Prénom Carmen* et *Sauve qui peut (la vie)*.
En parallèle de sa carrière cinématographique, il se lance dans l'humour en 1975 avec le spectacle *Le Pouvoir des femmes*, qu'il coécrit et coanime avec Michel Blanc. Il crée son propre théâtre, le Théâtre du Chêne Noir à Boulogne-Billancourt (Hauts-de-Seine), en 1982, où il présente régulièrement des spectacles d'humour.
En 1985, il joue le rôle de l'inspecteur Jacques Clouseau dans la suite du célèbre film *La Vallée des loups* de Blake Edwards, intitulé *Rien ne va plus*. Il reprendra ce rôle dans d'autres films et téléfilms jusqu'en 1987.
Jean-Louis Proust se consacre depuis quelques années à la télévision en présentant des émissions sur France 2 telles que *Le Grand Dîner*, *Le Grand Quiz* et *Qui veut gagner des millions ?*.
En plus de son activité artistique, Jean-Louis Proust est également un écrivain prolifique : il a publié une vingtaine d'ouvrages, dont plusieurs romans et des pièces de théâtre.
Au cours de sa carrière, Jean-Louis Proust a reçu de nombreux prix et distinctions, notamment le Molière du comédien en 1978 pour son rôle dans *La Mouette* d'Anton Tchekhov. En 2007, il est élevé au grade de Chevalier de la Légion d'honneur par Nicolas Sarkozy, alors président de la République française.
Ainsi, Jean-Louis Proust reste un des acteurs et humoristes français les plus connus et appréciés du grand public. Il est toujours très sollicité pour des rôles dans le cinéma et à la télévision.