Nato a Napoli, dopo aver abbandonato gli studi di giurisprudenza si trasferisce a Roma, dove nel 1992 si diploma in sceneggiatura presso il Centro Sperimentale di Cinematografia.
I suoi primi approcci con il cinema avvengono grazie al regista Pappi Corsicato, per il quale Cotroneo scrive l'episodio La stirpe di Iana incluso nel film collettivo I vesuviani e la sceneggiatura del lungometraggio Chimera.
Nel 1999, edito da Bompiani, pubblica una raccolta di citazioni intitolata Il piccolo libro della rabbia. Nello stesso anno ha collaborato alla sceneggiatura di In principio erano le mutande di Anna Negri, assieme a Renato De Maria e Francesco Piccolo ha scritto la sceneggiatura di Paz!, portando sul grande schermo i personaggi creati da Andrea Pazienza.
Nel 2003 collabora con Daniele Luchetti e Stefania Montorsi per Dillo con parole mie e scrive per Alex Infascelli il cortometraggio L'ultimo giorno.
Nel 2003 pubblica il suo primo romanzo, Il re del mondo, mentre nel 2005, sempre edito da Bompiani pubblica il romanzo Cronaca di un disamore.
Cotroneo ha lavorato come sceneggiatore per diverse produzioni televisive, come fiction e miniserie tv, come Un posto tranquillo e Raccontami una storia. Sempre per la televisione, ha fatto parte del team di autori del programma L'ottavo nano, di Serena Dandini e Corrado Guzzanti, per la Dandini è stato inoltre autore per tre stagioni del talk show Parla con me.
Oltre al cinema e alla televisione, Cotroneo lavora anche per il teatro, ha adattato l'edizione italiana di Closer di Patrick Marber e Le regole dell'attrazione di Bret Easton Ellis, inoltre ha scritto alcuni spettacoli comici e ha scritto per Claudio Gioè il monologo Se stanotte sono qui.
Nel 2007 collabora alla sceneggiatura di Piano, solo, adattamento cinematografico di un libro di Walter Veltroni, nello stesso anno pubblica il suo terzo romanzo, La kryptonite nella borsa.
Nel 2008 scrive assieme a Maria Sole Tognazzi L'uomo che ama, film d'apertura del Festival Internazionale del Film di Roma 2008, e torna a scrivere la televisione, con la fiction Tutti pazzi per amore, di cui è autore del format originale, e un nuovo adattamento televisivo di Pinocchio.
Nel 2009 ha scritto insieme a Sandro Petraglia e Fidel Signorile la sceneggiatura di La prima linea di Renato de Maria, e insieme a Barbara Alberti, Walter Fasano e Luca Guadagnino la sceneggiatura di Io sono L'amore.
Insieme a Ferzan Ozpetek nello stesso anno scrive la sceneggiatura del film di Ferzan Özpetek Mine vaganti, vincitore del Globo d'Oro 2010 per la migliore sceneggiatura e candidato, per la sceneggiatura, al David di Donatello e al Nastro d'argento 2010.
Nell’ottobre del 2007 Bompiani pubblica il suo quarto libro, Un bacio.
Ha lavorato all'adattamento cinematografico del suo romanzo La kryptonite nella borsa, la cui sceneggiatura è scritta, oltre che da Cotroneo, da Monica Rametta e Ludovica Rampoldi. Il film, con la sua regia, è stato presentato in concorso al Festival Internazionale del Film di Roma 2011.
Tra i suoi ultimi successi, la webserie/serie TV Una mamma imperfetta.
È il traduttore ufficiale per l’Italia delle opere di Hanif Kureishi e Michael Cunningham.