Autore francese assiduo frequentatore dei più importanti festival internazionali, dopo aver iniziato giovanissimo, negli anni Settanta, solamente come sceneggiatore, esordisce dietro la macchina da presa con il noir Regarde les hommes tomber (1994). Inizia ad acquisire notorietà internazionale con Sulle mie labbra (Sur mes lèvres, 2001), thriller esistenziale con Vincent Cassel ed Emmanuelle Devos, che mette in luce una particolare attenzione per la psicologia dei personaggi. La consacrazione arriva con Il profeta (Un prophète, 2009), vibrante dramma che rivisita il gangster-movie rileggendolo in chiave contemporanea. Successivamente, dirige Marion Cotillard in Un sapore di ruggine e ossa (De rouille et d'os, 2012). Approda al genere western con The Sisters Brothers (2018), rileggendo il mito della frontiera in tono picaresco e crepuscolare: il film, premiato a Venezia, è interpretato da Joaquin Phoenix, John C. Reilly, Jake Gyllenhaal e Riz Ahmed.