Començà a treballar en el món del cinema a l’empresa d’efectes especials Industrial Light and Magic, des d’on féu el salt a la realització d’anuncis publicitaris i vídeos musicals de cantants i grups com Madonna, Sting, The Rolling Stones, Michael Jackson, Iggy Pop, Aerosmith, George Michael o Billy Idol. Debutà en la realització de cinema amb Alien 3 (1992), i el gran èxit de Seven (1995, premi Sant Jordi del públic) féu d’ell un dels principals especialistes contemporanis en cinema fantàstic i de suspens. Posteriorment ha dirigit The Game (1997), Fight Club (1999), Panic Room (2002), Zodiac (2007) i The Curious Case of Benjamin Button (2008), que optà a 13 Oscar de Hollywood, dels quals n'obtingué tres de menors. L’any 2010 estrenà The Social Network (2010), biografia del creador de Facebook, Mark Zuckerberg, que guanyà tres Oscars. Posteriorment dirigí The Girl with the Dragon Tattoo (2011), adaptació del primer volum de la trilogia Millennium, de Stieg Larsson.