Figlio di pittori, si è laureato al California Institute of the Arts, in cinematografia e recitazione, esordendo alla regia nel 1996 con "Dolly's Restaurant" con Liv Tyler. Regista versatile, passa dai drammatici "Cop Land" e "Ragazze interrotte" alla commedia come "Kate &amp; Leopold". Nel 2003 realizza il thriller "Identità" che si ispira al romanzo di Agatha Christie "Dieci piccoli indiani". Nel 2005 dirige il pluripremiato "Quando l'amore brucia l'anima - Walk the Line", storia della vita e dell'amore tra Johnny Cash e June Carter. Nel 2007 dirige il western "Quel treno per Yuma" con Christian Bale e Russell Crowe, remake dell'omonimo film del 1957. Nel 2017 dirige il film "Logan - The Wolverine" e per questo film riceve una nomination agli Oscar 2018 nella categoria miglior sceneggiatura non originale. Nel 2019 dirige il film "Le Mans '66 - La grande sfida" anche con questo film riceve la nomination agli Oscar 2020 ma stavolta nella categoria miglior film. Nel maggio del 2020 è stato confermato che dirigerà e scriverà il quinto film della saga di Indiana Jones in uscita per il 2022.