Agnieszka Holland passe par la prestigieuse école de la FAMU de Prague avant de devenir réalisatrice et scénariste au début des années 70. Elle collabore notamment à plusieurs reprises avec Andrzej Wajda (Danton, 1982; Un amour en Allemagne, 1983). Et elle participera plus tard à l'écriture de Trois couleurs - Bleu de Kryzsztof Kieslowski.

Après des essais au cinéma avec des films collectifs, elle tourne son premier long métrage en 1977, Niedzielne dzieci . Mais c'est le suivant, Acteurs provinciaux, qui la fait remarquer en 1980.

Elle continue à travailler en Pologne jusqu'à la fin des années 80. Elle quitte alors son pays et noue des relations privilégiées avec la France où des producteurs financent plusieurs de ses films, notamment Le Complot (1988) et Olivier, Olivier (1991). C'est avec Europa Europa en 1990 qu'elle remporte son plus grand succès en s'inspirant de l'histoire vraie d'un jeune Juif contraint pendant la seconde guerre mondiale de se fondre dans les rangs nazis pour survivre.

Agnieszka Holland reçoit ensuite des propositions américaines (Le Jardin secret, 1993) sans percer à Hollywood. Elle s'attelle à des films historiques comme Rimbaud Verlaine (1995) et Washington square (1998) puis revient à des sujets plus contemporains mais toujours dans la veine dramatique avec Julie Walking Home en 2002.

Elle poursuit avec le drame historique L'Elève De Beethoven, évoquant la relation entre le célèbre compositeur (joué par Ed Harris) et son assistante (Diane Kruger), à l'époque où il compose la Neuvième Symphonie. En 2009, elle met en scène un nouveau film historique, Janosik, roi des voleurs, puis deux ans plus tard le drame de guerre Sous la ville.

Parallèlement, la cinéaste signe plusieurs épisodes de séries américaines de grande qualité. Parmi elles, nous pouvons citer Sur écoute, Treme, The Affair ou encore House of Cards.

En 2017, Agnieszka Holland revient au cinéma avec le policier Tableau de chasse, qui remporte le prix Alfred-Bauer à la Berlinale. Puis, elle met en scène L'Ombre de Staline (2019), le portrait d'un brillant journaliste idéaliste (James Norton) ainsi qu'une évocation trop rare à l'écran de l'un des crimes de masse les plus terribles du 20ème siècle : l'Holodomor... 

Un an plus tard, elle reste dans le registre de l'histoire vraie avec Le Procès de l'herboriste (2020), qui s'inspire de la vie du guérisseur tchèque Jan Mikolášek. Idem avec Green Border (2024) qui s'attaque, via le périple d'une famille syrienne cherchant à rejoindre la Suède, à la crise migratoire de 2021 à la frontière polono-biélorusse.