Jis buvo žinomas dėl to, kad suvaidino jaunąjį Hanibalą Lekterį filme "Hanibalo sukilimas" (2007), mados dizainerį Yves'ą Saint Laurent'ą biografiniame filme "Saint Laurent" (2014) ir dvylika metų buvo "Chanel" vyriškų kvepalų "Bleu de Chanel" veidas. Jis taip pat įgarsino Džeką Frostą prancūziškoje filmo "Rise of the Guardians" (2012 m.) versijoje ir įkūnijo Antoną Mogartą "Disney+" mini seriale "Moon Knight" (2022 m.).
Ullielis debiutavo vaidybiniame kine filme "Vilko brolija" (Brotherhood of the Wolf, 2001 m.), o proveržis įvyko filme "Strayed" (2003 m.). Trejus metus iš eilės jis buvo nominuotas "Cezario" apdovanojimui kaip perspektyviausias aktorius už vaidmenis filmuose "Summer Things" (2002), "Strayed" (2003) ir "A Very Long Engagement" (2004); šį apdovanojimą jis laimėjo 2005 m. už Pirmojo pasaulinio karo kareivio Manecho vaidmenį filme "A Very Long Engagement". 2015 m. jis pelnė pirmąją "Cezario" nominaciją geriausio aktoriaus kategorijoje už vaidmenį filme "Saint Laurent". 2017 m. pelnė "Cezarį" geriausiam aktoriui už mirtinai sergančio dramaturgo vaidmenį filme "Tai tik pasaulio pabaiga" (It's Only the End of the World, 2016). 2015 m. jis tapo Prancūzijos meno ir literatūros ordino riteriu.
Kiti žymūs jo darbai: "Paskutinė diena" (2004), "Paryžiau, aš tave myliu" (Paris, je t'aime, 2006), "Žaku le Krokantas" (Jacquou le Croquant, 2007), "Montpensjė princesė" (The Princess of Montpensier, 2010), "Į pasaulio kraštą" (To the Ends of the World, 2018), "Dukart ir vėl" (Twice Upon a Time, 2019).
Ulliel mirė 2022 m. sausio 19 d., būdamas 37 metų, po nelaimingo atsitikimo slidinėjimo trasoje La Rosière kurorte Savojoje, Prancūzijoje.
