Ladj Ly, très vite attiré par la caméra, intègre au milieu des années 90 le célèbre collectif Kourtrajmé, fondé par ses amis d'enfance Romain Gavras et Kim Chapiron. S'il apparaît en tant que comédien au générique du film Sheitan, en 2005, le jeune homme se distingue surtout en tant que documentariste. Adepte du "copwatch", pratique consistant à filmer les interventions policières, Ladj Ly aborde notamment la révolte des banlieues, posant sa caméra dans son quartier natal de Montfermeil (365 jours à Clichy Monfermeil).

Après avoir co-réalisé A voix haute - La Force de la parole, documentaire évoquant un concours d'éloquence à l’Université de Saint-Denis, Ladj Ly impressionne avec sa première fiction, un court métrage intitulé Les Misérables, qui suit le parcours d'un membre de la Brigade Anti-Criminalité de Montfermeil. Une oeuvre choc nommée au César du Meilleur court métrage en 2018 que le cinéaste, qui participe par ailleurs à l'ouverture d'une école de cinéma gratuite dans le 93, décide d'adapter sur grand écran.

Le résultat, c'est le long métrage choc Les Misérables, lauréat du Prix du Jury à Cannes et auréolé de quatre César : meilleur film, meilleur espoir masculin pour Alexis Manenti, meilleur montage et César du public. Porté par Damien Bonnard, Alexis Manenti et Djebril Zonga, ainsi que plusieurs seconds rôles d'une authenticité criante, cette plongée virtuose dans une cité du 93 connaît non seulement un succès critique considérable, mais réalise également pas loin de 2,2 millions d'entrées en France.

Fort de ce succès, Ladj Ly collabore aux scénarios de l'explosif Athena pour Netflix et du drame Le Jeune imam de Kim Chapiron, centré sur les arnaques au pèlerinage. En 2023, le metteur en scène de 45 ans signe son nouveau long métrage, Bâtiment 5. Si le cadre spatial de la banlieue reste prépondérant, la thématique de la crise du logement (notamment des logements sociaux) y est elle aussi centrale. Pour l'occasion, il retrouve Alexis Manenti dans le rôle du maire, mais aussi Steve Tientcheu et Jeanne Balibar.