Après des études d’histoire de l’art à l’École du Louvre, et de guitare classique à l’École Normale de Musique de Paris, Vincent Dumestre choisit en 1991 de se consacrer à la musique pour luth, guitare baroque et théorbe, qu’il étudie lors de stages avec Hopkinson Smith, Eugène Ferré, au C.N.R de Toulouse avec Rolf Lislevand, et au C.N.R de Boulogne dans la classe de basse continue de Frédéric Michel, où il obtient son diplôme supérieur à l’unanimité.
Il participe dès lors à de nombreux concerts, notamment avec les ensembles Ricercar Consort, La Simphonie du Marais, Le Concert des Nations, A Sei Voci, La Grande Écurie et la Chambre du Roy, Akadêmia, Le Centre de Musique Baroque de Versailles, avec la plupart desquels il a réalisé plus de trente enregistrements pour les firmes Erato, Auvidis, Virgin, Ricercar, Verany, Ligia Digital, Naxos, Empreinte Digitale, Fnac Musique.
C’est en 1997 qu’il fonde Le Poème Harmonique, ensemble dont il assure la direction. La revue Diapason élit Vincent Dumestre « jeune talent de l’année 1999 » pour le travail qu’il effectue au sein du Poème Harmonique, dont les premiers enregistrements, parus sous le label Alpha, reçoivent les meilleures récompenses de la presse (Diapason d’Or de l’année, Choc du Monde de la Musique de l’année, Recommandé par Classica, Répertoire, Opéra International, Télérama...).
En janvier 2002, l’ensemble est nominé aux Victoires de la Musique grâce aux Lamentations de Cavalieri (Alpha 011) dans la catégorie « meilleur enregistrement classique de l’année 2001 », il est une nouvelle fois nominé, en février 2003, dans la catégorie « meilleur ensemble de l’année ».