Estudià ciències químiques. Inicià la seva carrera en l'àmbit cinematogràfic amb curtmetratges, i després produí films tan importants com Los golfos , de Saura, El cochecito, de M. Ferreri, i Viridiana, de Buñuel, i fou coguionista d'Il momento della verità de Francesco Rosi.
Integrat en l’anomenada Escola de Barcelona, en una primera etapa la seva filmografia té, en conjunt, un acusat compromís amb l'antifranquisme. Dirigí No compteu amb els dits (1966) i Nocturn 29 (1968), en col·laboració amb el poeta Joan Brossa, pel·lícules que promogueren grans polèmiques. Després, dintre ja d’una mena d'underground de forta repercussió social i política, produí i realitzà Vampir-Cuadecuc (presentat el 1971 al festival de Canes i projectat al MoMA de Nova York l’any següent, però que no s'estrenà a Catalunya fins el 2008), i Umbracle (1972), a més dels documentals Poetes catalans (1970), El sopar (1974) i Informe general (1977), aquests dos darrers sobre la situació política de l’Estat espanyol a la fi del franquisme i el postfranquisme. Autor també de sèries sobre el pintor Joan Miró (Miró l'altre, 1969; Miró Tapís, 1973; Miró la Forja, 1973) i sobre el músic Carles Santos (Play Back, 1970; Acció Santos, 1973), amb el qual ha col·laborat com a director en els espectacles musicals Concert irregular (1968) i Asdrúblia (1992). Posteriorment, entre d'altres, realitzà els llargmetratges Pont de Varsòvia (1987), una reflexió sobre l'Europa posterior a la guerra freda, i El silenci abans de Bach (2007, premi especial del jurat del Festival Internacional de Gijón i premi Ciutat de Barcelona 2008), sobre les relacions entre la música i les arts escèniques, a més del curt Mudança (2008), centrat en la figura de García Lorca. El 2015 presentà Informe General II. El rapto de Europa, documental centrat en l'independentisme català i el moviment dels indignats a l'Estat espanyol com a models dels nous processos socials.
Dedicat a l'activitat docent, molts joves s’han format al seu costat a la desapareguda Escola de Cinematografia Aixelà i a l’Institut del Teatre, on impartí classes de llenguatge cinematogràfic (1969-70 i 1971-72). Conrea un cinema d’idees amb una plàstica sumptuosa i que posa al servei de la lluita contra la marginació del cinema català, amb un llenguatge revolucionari que reflecteix el seu amor a la llibertat total.
La repercussió de la seva obra ha estat important i alguns dels seus films han estat presentats en molts països europeus i americans. El 2002 féu donació al MACBA de 16 pel·lícules per tal d’impulsar una secció dedicada al cinema. El 2003 i el 2007 la seva obra fou objecte, respectivament, d’una retrospectiva en el Centre Georges Pompidou i el MoMA de Nova York.
Dedicat també a la política, tingué una intervenció destacada en la preparació del Congrés de Cultura Catalana i en l’Assemblea de Catalunya. Posteriorment figurà com a independent en les llistes del PSUC, i fou elegit diputat al Parlament de Catalunya i senador al Parlament espanyol (1980-84). L’any 2000 abandonà tots els càrrecs que ocupava a Iniciativa per Catalunya. Des del 2001 és president de la Fundación Alternativas.
Ha estat guardonat amb la Creu de Sant Jordi (1999), el Premi Nacional de cultura de cinema (2009), el Premi d'Honor de l'Acadèmia del Cinema Català (2012), el premi Jordi Dauder (2013) i la Medalla d'Or de la Ciutat de Barcelona (2019).