Estudià pintura al San Francisco Art Institute, i el 1971 guanyà una beca del Whitney Museum Independent Study Program. Posteriorment es decantà pel cinema i es graduà a la Columbia Film School. El 1978 rodà el seu primer film, el curtmetratge The Set-Up (1978). Els seu primer llargmetratge fou The Loveless (1982), ambientada en una banda de motoristes. Seguiren Near Dark (1987), en el gènere de terror, les policíaques Blue Steel (1989), Point Break (1991) i Strange Days (1995), que situa en un món de ciència-ficció. The Weight of Water (2000) i K-19: The Widowmaker (2002) són drames psicològics que, malgrat les diferències de trama i gènere (l’un de tipus políac i l’altre vagament bèl·lic), comparteixen l’ambient claustrofòbic i l’èmfasi en les relacions humanes en comunitats reduïdes. L’any 2008 estrenà The Hurt Locker (2008), centrada en un comando d’elit a la Guerra de l’Iraq, guardonat el 2010 amb sis premis Oscar, dos dels quals al millor director –el primer atorgat a una dona– i al millor film, a més d’un premi Bafta (2010) i quatre premis del Festival de Venècia (2009) al millor director, entre d’altres. Ha dirigit també sèries de ficció per a la televisió, com Wild Palms (1993) i Homicide: Life on the Streets (1997-1998). Ha estat membre del jurat dels festivals de Sundance (1990), Venècia (1998) i Berlín (2003). Estigué casada amb el director James Cameron (1989-91).