Rothemund er sønn av filmregissøren Sigi Rothemund og begynte sin karrière som assistent for sin far. Sine første egne regissørarbeider gjorde han for fjernsyn. I 1998 regisserte han sin første kinofilm, . Sitt gjennombrudd fikk han i 2005 med filmen . For denne filmen mottok han Sølvbjørnen som beste regissør ved den internasjonale filmfestivalen i Berlin.