Après des études de dessin à Paris, Michel Gondry se lance dans les années 80 dans la réalisation de vidéos musicales, d'abord pour le compte de Oui Oui, son propre groupe dont il est le batteur, puis pour d'autres formations. Particulièrement prolifique, il s'impose au fil des ans comme l'un des clippeurs les plus renommés au monde, collaborant notamment avec son égérie Björk, mais aussi avec les Rolling Stones, les Chemical Brothers, IAM, Radiohead, Kylie Minogue ou encore les Whites Stripes.
Également spécialisé dans la réalisation de spots publicitaires (Levi's, Gap, Air France), Michel Gondry réalise en 2001 son premier long-métrage, la fable Human Nature, satire anthropologique emmenée par Patricia Arquette et Tim Robbins. Le film met en scène Lila, une naturaliste à la pilosité abondante, et Nathan, un scientifique obsédé par les bonnes manières, qui ont perdu foi en la race humaine. Elle a trouvé le repos en allant vivre dans la jungle et en s'entourant d'animaux. Lui, mène des expériences sur des souris en espérant rendre les hommes meilleurs. Michel Gondry présente ce premier long en séance spéciale au Festival de Cannes. Ce long-métrage est l'occasion pour lui de travailler avec le scénariste Charlie Kaufman, qu'il retrouve trois ans plus tard pour Eternal sunshine of the spotless mind, comédie romantico-futuriste portée par Jim Carrey et Kate Winslet. Dans cette seconde fantaisie, Joël et Clémentine tentent, après leur rupture, d’enrayer le processus du souvenir, en effaçant de leur mémoire les instants passés ensemble. La construction du film, les inventions formelles et trouvailles scénaristiques lui permettent d’obtenir un grand succès public et un Grand Prix au festival de Deauville.
Il poursuit sur la lancée et se lance cette fois dans une double aventure puisqu’il écrit et réalise La science des rêves en 2005. Gael Garcia Bernal y incarne Stéphane, un garçon surprenant d’excentricité qui, pour séduire sa voisine, se plonge dans un univers où l’imagination est reine.
Après la comédie à Hollywood, le réalisateur opte pour le documentaire familial au fin fond des Cévennes, avec L' Epine dans le coeur, qui connait un accueil mitigé au Festival de Cannes 2009.
Le 12 janvier 2011, sort en France son dernier opus, The Green Hornet.
