Como hijo de una madre aficionada al teatro, Quentin Dolmaire, obtuvo una afición temprana al mundo teatral y la actuación. De adolescente siguió el curso Simon de teatro y participó en una película, Rencontres de cinéma (2007), con poco más de trece años. ​En 2015 obtuvo un papel protagonista en la película de Arnaud Desplechin Mis mejores días,​ en la que encarna el papel de Paul Dédalus, un joven recién salido de la adolescencia que descubre el amor en la persona de Esther. Gracias a su interpretación del adolescente Paul, Quentin obtuvo una nominación al Cesar 2016 al Actor masculino más prometedor. Los siguientes años apareció tanto en cortometrajes como en largos como El reencuentro (2017), y protagonizó el drama A Violent Desire for Joy (2018) de Clément Schneider. En 2019 forma parte del elenco principal de la comedia dramática de Nadav Lapid Synonyms, que ganó el Oso de oro en la edición 69 del Festival Internacional de Cine de Berlín.