Quentin Dupieux commence à filmer dès 12 ans, quand il trouve une caméra qu'il utilise pour des expérimentations plus loufoques les unes que les autres. C'est aux côtés de Michel Gondry qu'il débute en réalisant des clips musicaux. Ce passionné de musique se fait connaître des adeptes de l'électro sous le pseudonyme de Mr Oizo, et devient, en 1999, l'une des figures de proue de la french touch. Fort de ce succès, il passe derrière la caméra en 2001 et fait ses premières armes avec un moyen-métrage intitulé Nonfilm. Il y met en scène un autre fidèle de la scène électro française Sébastien Tellier.

Menant de front ses carrières cinématographique et musicale, il réalise Steak, son premier long-métrage, en 2006. Le célèbre duo Eric et Ramzy tient la vedette de ce film inclassable, où le sens de la satire se mêle à un éloge réjouissant de la bêtise. En 2008, après avoir dû abandonner pour des raisons financières la réalisation d'un scénario intitulé Réalité, il entame l'écriture de Rubber, un film dont le héros est... un pneu serial-killer, télépathe et attiré par une jolie jeune fille.

Il commence en 2012 ce qui sera par la suite une véritable trilogie avec le film Wrong. Il y retrouve ses acteurs fétiches, Mark Burnham, Jack Plotnick, Eric Judor, Arden Myrin et Steve Little. L’année suivante, il poursuit l’aventure avec un spin-off sous forme de court-métrage, "Wrong Cops : premier chapitre", avec Marilyn Manson. Lui succède bien vite la même année son équivalent long-métrage, Wrong Cops. Développant jusqu’au bout sa franchise, Quentin Dupieux réalise cette fois, en 2014, la série Wrong Cops, toujours avec Eric Judor, adaptée du film.

Après avoir dû l’abandonner en 2008, le cinéaste, maître de l’humour décalé, reprend le scénario de Réalité, qui raconte l’histoire de Jason, qui, pour réaliser son premier film d’horreur, doit trouver le meilleur gémissement de l’histoire du cinéma... Sorti en 2015, le long métrage accueille de nouveaux acteurs pour le réalisateur, dont, entre autres, Alain Chabat et Elodie Bouchez. S'il a été tourné aux États-Unis, Réalité est néanmoins tourné dans la langue de Molière.

Trois ans plus tard, son film suivant, Au Poste !, marque définitivement le retour de Dupieux dans l'Hexagone. Fidèle à son style atypique, il livre une comédie de 1h13 centrée sur un tête-à-tête, en garde à vue, entre un commissaire et son suspect. Seulement un an plus tard sort Le Daim, emmené par Jean Dujardin, qui raconte l’histoire d’un homme qui tombe amoureux d’un blouson en daim... Il enchaîne avec Mandibules, porté par le duo du Palmashow (David Marsais et Grégoire Ludig) qui campe deux amis simples d’esprit qui trouvent une mouche géante et se mettent en tête de la dresser pour gagner de l'argent avec.

Réalisateur prolifique, Quentin Dupieux tourne désormais à un rythme soutenu d'un film par an, quand ce n'est pas deux, comme c'est le cas en 2022 où sortent Incroyable mais vrai et Fumer fait tousser. Le premier est une fable existentielle doublée d'une satire sociale, tandis que le second est un film à sketches porté par des super-héros kitsch. En 2023, il dévoile un long-métrage tourné en secret en une durée record de six jours intitulé Yannick. Le rôle-titre, campé par Raphaël Quenard, est un spectateur mécontent qui prend en otage les acteurs de la pièce de théâtre à laquelle il assiste. La sortie de Yannick repousse celle de son film suivant déjà tourné, Daaaaaali !, consacré à une journaliste qui rencontre le célèbre peintre espagnol, incarné à l'écran par plusieurs comédiens.