Бардем родился в актёрской семье: его дедушка — актёр Рафаэль Бардем, бабушка — актриса Матильда Муньос Сампедро, мать — актриса Пилар Бардем. Актёрами стали и его сестра Моника Бардем и брат Карлос Бардем. Хавьер Бардем — племянник режиссёра Хуана Антонио Бардема.
До того, как стать актёром, Хавьер был членом испанской национальной сборной по регби. Он также изучал живопись в художественно-промышленной школе (исп. Escuela de Artes y Oficios).
Бардем — атеист. По его словам, «верит не в Бога, а в Аль Пачино».
Хавьер Бардем — обладатель многочисленных кинопремий. В частности, в 1994 году ему был вручён приз Международного фестиваля в Сан-Себастьяне за роль в фильмах «Считанные дни» и «Детектив и смерть». Годом позже Бардем был удостоен премии «Гойя» за лучшую роль второго плана. В 1996 году Бардем получил премию «Гойя» за лучшую главную роль.
В декабре 1997 года Бардем получил приз зрительских симпатий Европейской киноакадемии.
За роль кубинского писателя нетрадиционной ориентации Рейнальдо Аренаса в фильме «Пока не наступит ночь» в 2000 году Бардем был награждён призом Венецианского кинофестиваля. Впервые за всю историю премии в 2000 году на «Оскар» за лучшую мужскую роль был выдвинут испанский актёр, и это был Хавьер Бардем за фильм «Пока не наступит ночь».
За свою роль в фильме «Понедельники на солнце» Бардем получил ещё одну премию «Гойя» за лучшую мужскую роль. Своим ответным словом на церемонии награждения Бардем воспользовался, чтобы вместе со своими коллегами выразить протест против войны в Ираке.
В 2005 году Бардем снялся в драме Алехандро Аменабара «Море внутри». За роль Рамона Сампедро, парализованного мужчины, борющегося за легализацию эвтаназии, Бардем получил множество призов, среди которых — призы Венецианского кинофестиваля, Европейской киноакадемии и номинация на «Золотой глобус», а также премию «Гойя» за лучшую мужскую роль. В том же году фильм «Море внутри» получил «Оскар» за лучший иностранный фильм.
В 2008 году Хавьер Бардем был награждён «Золотым глобусом» в категории «Лучший актёр второго плана» за работу в фильме «Старикам тут не место». За эту роль он также получил премию «Оскар» как лучший актёр второго плана.
В 2010 году удостоен приза Каннского фестиваля за лучшую мужскую роль за роль в мексиканском фильме «Бьютифул».
В начале июля 2010 года женился на актрисе Пенелопе Крус. Свадьба состоялась на Багамских островах. 25 января 2011 года Крус родила сына Лео. В этот же день Бардем получил номинацию на «Оскар» в категории «Лучший актёр» за роль в фильме «Бьютифул».