Après des études d'écriture créative et un passage dans le monde de la publicité, il décide de se consacrer entièrement à la réalisation de films. Son travail est marqué par une sensibilité sociale et une forte empathie pour les personnes fragiles, qui lui ont valu d'être comparé aux réalisateurs italiens des années 1960 tels que Vittorio De Sica ou Federico Fellini.
Sa carrière décolle en 2002 avec son premier long-métrage, "La Bataille de la cité", pour lequel il a écrit le scénario et réalisé le film. Le film raconte l'histoire d'un jeune garçon qui tente de survivre dans un quartier bruxellois difficile en compagnie de son père alcoolique. Il obtient des critiques très positives et remporte le Prix du Jury au Festival international du film francophone de Namur.
En 2008, il réalise "Toutes les femmes de Victor", une comédie dramatique qui raconte l'histoire d'un homme divorce et qui doit se partager son temps entre ses trois ex-femmes. Le film est salué par la critique pour sa sensibilité et sa finesse narrative.
En 2014, il sort "Le Roi des Canucks", un film sur la vie d'un jeune belge qui part à Montréal pour faire de la musique mais qui se retrouve dans le milieu du trafic de drogue et de la prostitution. Le film est salué par les critiques comme étant un « magnifique film d'enquête sur l'espoir brisé », et Laurent Desmet obtient le Prix Louis-Delluc pour ce travail.
En 2019, il réalise "L'Amour flou", une comédie dramatique qui raconte l'histoire de deux jeunes gens qui se rencontrent sur un site de rencontre et qui ne peuvent pas s'empêcher de s'attirer des ennuis. Le film est salué par la critique pour sa sensibilité et son humour subtil, et Laurent Desmet obtient le Grand Prix du Festival international du film francophone de Namur pour ce travail.
Laurent Desmet est également connu pour avoir réalisé des publicités pour des marques telles que Volkswagen et Coca-Cola, et il a été nommé au Cannes Lions.