Sinema okumak için Boğaziçi Üniversitesi’ndeki tarih eğitimini yarıda bırakıp 1983’te Paris’e gitti. Paris VIII Üniversitesi Sinema Bölümü’nü bitirdi ve Plastik Sanatlar Bölümü’nde yüksek lisans yaptı. Fransa-Türkiye ortak yapımı ilk uzun metrajlı filmi A Ay’ı 1989’da çekti. 1991’de Jean Genet’nin Hizmetçiler adlı oyununu İstanbul Devlet Tiyatrosu’nda, özgün bir yorumla sahneye koydu. İkinci filmi Kaç Para Kaç (1999), Oscar ödüllerinde Yabancı Dilde En İyi Film dalında Türkiye’yi temsil etti. 2004’te Korkuyorum Anne ile Ankara Film Festivali’nde En İyi Yönetmen, Adana Altın Koza Film Festivali’nde ise En İyi Senaryo dallarında ödül kazandı. Dördüncü filmi Beş Vakit (2006), İstanbul Film Festivali’nde En İyi Film seçildi ve FIPRESCI Ödülü’nü aldı. Film ayrıca, 2008’de The Times ve The Sunday Times tarafından belirlenen Yılın En İyi 100 Filmi arasında ilk beşe girdi. 2008’de Hayat Var filmiyle Antalya Altın Portakal Film Festivali’nde SİYAD Ödülü’nü kazanırken, ertesi yıl çektiği Kosmos (2009) Antalya’dan En İyi Film ve En İyi Yönetmen ödülleriyle döndü. 2013’te Jîn ile Sinema Yazarları Derneği tarafından Yılın En İyi Yönetmeni seçildi. 2016’da dünya galasını da yaptığı Venedik Film Festivali’nde Jüri Özel Ödülü’nü kazanan Koca Dünya, Adana Altın Koza Film Festivali’nde de En İyi Film ve Film Yönetmenleri Derneği En İyi Yönetmen ödüllerini kazandı. Filmleri Toronto, Tokyo, Berlin, Tribeca, Busan, Locarno gibi dünya festivallerinde gösterilen Reha Erdem, Nilüfer Güngörmüş’le birlikte yazdığı Korkuyorum Anne dışındaki tüm filmlerinin senaryolarını kendisi kaleme aldı. Küresel pandemi döneminde yazdığı ve İstanbul’da Zoom uygulaması ile çektiği son filmi Seni Buldum Ya!, Mart 2021’de MUBI’de gösterime girdi ve kanalın o yıl en çok izlenen yapımı oldu. Uzun yıllardır birlikte çalıştığı görüntü yönetmeni Florent Herry ile birlikte hazırladıkları Mimirap adlı video yerleştirmesi, Prizma Expanded: Algının Poetikası sergisi kapsamında Mayıs-Haziran 2023 tarihleri arasında Akbank Sanat’ta sergilendi. Son filmi Neandria (2023), dünya prömiyerini 39. Varşova Film Festivali’nde yapacak. Deniz Tortum’la birlikte geliştirdikleri “Flux” ve “Lucy” adlı projelerine devam ediyor.