Format a França, fou ajudant d’A. Wajda. És autor d’una obra melodramàtica i barroca amb una important presència de la ciència-ficció, iniciada a Polònia amb Trzeciej części nocy (‘La tercera part de la nit’, 1971). Després de la censura de la seva segona pel·lícula, Diabeł (‘El diable’, 1972), rodà les seves següents produccions sobretot a l’Estat francès: L’important c’est d’aimer (1974), Possession (1980), La femme publique (1984) i L'amour braque (1985). En 1975-77 tornà a Polònia per dirigir Na srebrnym globie ('En el globus d'argent'), adaptació al cinema de la novel·la homònima del seu avi Jerzy Żuławski. La producció fou segrestada per les autoritats del règim comunista, i la pel·lícula no pogué estrenar-se fins el 1988, considerablement mutilada. Posteriorment realitzà Mes nuits sont plus belles que vos jours (1989), l'òpera filmada Boris Godunov (1989), La note bleue (1991), sobre els darrers dies del compositor F. Chopin, Szamanka (1996), La fidelité (2000) i Cosmos (2015), que li valgué el premi al millor director del Festival de Locarno. Aquest mateix any la seva trajectòria fou reconeguda amb el premi Màquina del Temps del Festival Internacional de Cinema de Sitges.