Christian Vadim est le fils du réalisateur Roger Vadim et de l'actrice Catherine Deneuve. Il est ainsi le demi-frère de l'actrice Chiara Mastroianni (fille de Catherine Deneuve et de Marcello Mastroianni), le demi-frère de Nathalie Plémiannikov (fille de Roger Vadim et d'Annette Stroyberg), le demi-frère de Vanessa Plemiannikov (fille de Roger Vadim et de Jane Fonda) et le demi-frère de Vania Plemiannikov (fils de Roger Vadim et de Catherine Schneider). En 1983, à l'âge de 20 ans, il fait ses débuts en interprétant un petit rôle dans le film Surprise Party de son père Roger Vadim. L'année suivante Éric Rohmer l'engage pour un rôle secondaire dans son film les Nuits de la pleine lune. Il a un fils, Igor Divetain, né le 18 septembre 1987, avec Hortense Divetain. En 1996, il épouse Caroline Bufalini, une styliste de 24 ans, à la Cathédrale Saint-Lazare d'Autun. En 1999, il interprète le jeune Bloch aux côtés de sa mère, Catherine Deneuve, dans Le Temps retrouvé de Raoul Ruizpour qui il joue également dans Combat d'amour en songe en 2000 et Ce jour-là en 2003. Christian Vadim joue aussi au théâtre, dans Le Jeu de la vérité et Le Jeu de la vérité 2 de Philippe Lellouche. Divorcé, il vit avec Julia Livage, chroniqueuse à Télématin. Ils sont les parents de deux petites filles, Lou, née le 5 avril 2010, et Mona, née en janvier 2012.