Sorgit del corrent del “nou cinema alemany”, s’especialitzà en l’estudi d’éssers marginats per la seva lucidesa quasi mística, tant en un context històric —Aguirre, der Zorn Gottes (‘Aguirre, la còlera de Déu’, 1972), Jeder für sich und Gott gegen alle (‘L’enigma de Kaspar Hauser’, 1975), Nosferatu, Phantom der Nacht (‘Nosferatu, el vampir de la nit’, 1978), Woyzech (1979), Fitzcarraldo (1981), Where the Green Ants Dream (1984), Cobra verde (1987)— com contemporani: Auch Zwerge haben klein angefangen (‘També els nans foren petits’, 1970), Stroszek (1977) o Scream of Stone (1991). El 1991 realitzà Jag mandir i posteriorment, els documentals Little Dieter Needs to Fly (1997) i Mein liebster Feind-Klaus Kinski (1999), i el llargmetratge Invincible (2000). També ha realitzat muntatges teatrals i d’òpera.
Posteriorment ha dirigit el film de ciència-ficció The Wild Blue Yonder (2007), el bèl·lic Rescue Dawn (2006), Bad lieutenant (2009), My Son, My Son, What Have Ye Done (2009), Queen of the Desert (2015), Salt and Fire (2016) i Family Romance, LLC (2019); i els documentals Grizzly Man (2005), Encounters at the End of the World (2007), Mein liebster Feind-Klaus Kinski (‘Enemic meu’, 2009), Cave of Forgotten Dreams (2010), on treballà per primer cop amb el sistema 3D, Into the Abyss (2011), Lo and Behold, Reveries of the Connected World (2016), Meeting Gorbachev (2018), codirigida amb André Singer, Nomad: In the Footsteps of Bruce Chatwin (2019), Fireball: Visitors from Darker Worlds (2020), codirigida amb Clive Oppenheimer, The Fire Within: Requiem for Katia and Maurice Krafft (2022) i Theatre of Thought (2022), entre d’altres.
Entre d’altres, l’any 2019 rebé el premi del Cinema Europeu a la trajectòria.