Adrian Lyne fait ses études à la Highgate School. Passionné de cinéma, il tourne ses premiers courts métrages, The Table et Mr. Smith, qui s'inspirent de la Nouvelle Vague française, ainsi que de nombreux spots publicitaires. En 1980, il tourne son premier long métrage, Foxes, une chronique de quatre adolescentes confrontées aux problèmes du sexe, de la drogue et de l'autorité parentale.

Mais c'est en 1983 que sa carrière décolle avec le succès mondial Flashdance. Ce film musical remporte l'Oscar de la meilleure chanson avec What a feeling.

En 1986, Adrian Lyne signe un film torride, à l'esthétique raffiné, 9 semaines 1/2, qui fait de Kim Basinger une star. L'année suivante, il enchaîne avec Liaison fatale. Ce thriller sexy avec Michael Douglas et Glenn Close remporte à nouveau un énorme succès ainsi que six nominations à l'Oscar au titre de meilleur film, meilleure actrice, meilleur second rôle féminin, meilleur scénario et meilleur montage.

S'ensuit en 1990 un premier échec commercial, L'Echelle de Jacob, un film fantastique plus personnel dépeignant l'univers cauchemardesque et hallucinatoire d'un ancien combattant du Vietnam. Après ce revers, Adrian Lyne revient à son thème de prédilection, les histoires d'amour sulfureuses, et réalise Proposition indécente en 1993, avec là encore deux grosses têtes d'affiche : Robert Redford et Demi Moore.

En 1997, il adapte au grand écran Lolita, le roman de Nabokov. La censure s'abat sur le film et de nombreuses coupes sont effectuées concernant les scènes d'amour entre l'adulte (Jeremy Irons) et l'adolescente (Dominique Swain). Toujours dans le même registre, le cinéaste signe en 2001 Infidèle, le remake américain de La Femme infidèle de Claude Chabrol.

Après une longue absence, Adrian Lyne revient en 2021 avec un nouveau thriller érotique, Eaux profondes, adapté du roman du même nom de Patricia Highsmith paru en 1958. Le film, dont la sortie est plusieurs fois reportée en raison du Covid-19, est porté par Ben Affleck et Ana de Armas.