Pascal Demolon apprend son métier de comédien à l’Acting International de Paris. C’est à la suite d’une projection du film Bons baisers de Hong Kong en 1975, pendant laquelle il est fasciné par les réactions du public, qu’il décide de devenir acteur.

Après une première expérience dans le court métrage Délits d’amour en 1990, suivie d’une apparition dans la série Navarro l’année suivante, c’est avec un petit rôle dans la comédie Coup de jeune, de Xavier Gélin, que Pascal Demolon fait ses premiers pas au cinéma en 1993.

Très vite, l’acteur se partage principalement entre courts métrages et télévision, dans des téléfilms ou des séries (il a notamment des rôles récurrents dans Avocats & Associés ou Frank Riva) ne délaissant cependant pas le cinéma pour autant. En 1995, il tourne avec le grand réalisateur britannique Ken Loach dans Land and Freedom, une fresque sur la Guerre d’Espagne, dans lequel il obtient un petit rôle. Puis le réalisateur Jan Kounen lui permet de donner la réplique à Vincent Cassel et Tchéky Karyo dans Dobermann (1996). Pascal Demolon a tourné avec de grandes têtes d’affiche : dans Un Ange avec Richard Berry et Elsa Zylberstein en 1999, ou le western Blueberry où il retrouve le trio Vincent Cassel – Tchéky Karyo – Jan Kounen en 2004. Il connaît un succès grandissant à la télévision dans laquelle il étend son registre en jouant notamment Lucien dans la série noire Pigalle, la nuit, un légionnaire romain dans la saison 6 de Kaamelott ou le redoutable Gaetan Merks dans quelques épisodes de la série policière Braquo. 

Sa carrière connaît un tournant dans les années 2010. Il tient un rôle dans la comédie à succès Tout ce qui brille et sa prestation dans Radiostars confirme sa notoriété. En 2016, il s’essaie pour la première fois au théâtre aux côtés de Bénabar dans Je vous écoute. En 2017, on le retrouvera au cinéma dans Mes Trésors. 

Comédien talentueux et discret, on le retrouve sur la scène du Théâtre de l’Oeuvre accompagné de Samuel Le Bihan dans Les discours dans une vie de Laurent Chalumeau jusqu’au 24 janvier 2017.