Fils d'un biologiste et d'une prof de Français, François Ozon, aîné turbulent d'une famille de quatre enfants, reçoit une éducation catholique. S'il prend, adolescent, quelques cours de comédie, il s'oriente vite vers la mise en scène. Titulaire d'une maîtrise de cinéma à Paris I (avec pour enseignants Rohmer et Joseph Morder), il tourne parallèlement à ses études des dizaines de films avec la caméra super-8 de son père. Intégrant le département réalisation de la Fémis en 1990, il rédige une maîtrise sur Pialat et signe de nombreux courts-métrages. C'est d'ailleurs grâce à ses courts (dont Une robe d'été, vision décomplexée de l'homosexualité, primée à Locarno et présentée à Cannes en 1996) qu'Ozon se fera un nom au sein du jeune cinéma français.

Soutenu par la maison de production Fidélité (créée par des amis de la Fémis), il réalise en 1997 un moyen métrage, le dérangeant Regarde la mer, avant de passer au long un an plus tard avec Sitcom, jeu de massacre insolent et cruel qui se situe dans la droite lignée de ses courts-métrages. Prolifique, Ozon impose rapidement un univers très personnel, flirtant avec le fantastique (Les Amants criminels, 1999), et ne craignant pas la théâtralité - Gouttes d'eau sur pierres brûlantes, adaptation d'une pièce de Fassbinder avec Bernard Giraudeau et Ludivine Sagnier, alors inconnue. Si ses précédents longs-métrages étaient diversement accueillis, l'audacieux Ozon fait l'unanimité, auprès de la critique et du public, avec Sous le sable en 2001. Portrait d'une femme désemparée après la disparition de son mari, le film, qui marque le come-back éclatant de Charlotte Rampling, témoigne d'une science du casting qui ne se démentira pas.

Fort de ce succès, Ozon réunit le gratin du cinéma français (Deneuve, Huppert, Ardant, Béart) dans 8 femmes, whodunit kitsch et glamour, truffé de clins d’œil cinéphiles, qui triomphe au box-office. On retrouve son goût pour la manipulation et la stylisation dans Swimming pool, thriller présenté à Cannes en 2003, comme dans 5x2, récit à rebours de la désagrégation d'un couple, rythmé par des chansons italiennes. Celui qui a longtemps misé sur l'artifice ose le dépouillement avec Le Temps qui reste, nouvelle réflexion sur le deuil, centrée - c'est une première - sur un personnage masculin. Soucieux de construire une œuvre et craignant de se répéter d'un film à l'autre, il se lance ensuite dans un mélo en costumes et en anglais, interprété par une quasi-inconnue, Angel, présenté en clôture de la Berlinale en 2007. Avec son dixième film, Ricky, la surprise est encore au rendez-vous, aussi bien côté casting (Alexandra Lamy en mère ouvrière) que côté scénario, puisqu'il est question d'un bébé doté d'un super-pouvoir.

Rythmé par une régulière cadence d'un film par an, il part une nouvelle fois là où on ne l'attend pas et construit avec son Refuge (2009) une émouvante réflexion sur l'amour et le deuil, portée par une Isabelle Carré méconnaissable. Mais ce film, au même titre que les deux précédents, ne rencontre pas le succès public escompté par les producteurs. L'année 2010 marque son retour aux commandes d'un projet aux ficelles imparables : un casting de prestige (Depardieu, Deneuve et Luchini notamment), un ton retrouvé de comédie sociale au vitriol et un accueil chaleureux à la Mostra vénitienne où son Potiche concourait en Compétition. Après cet intermède plus léger, il retourne ensuite vers des zones ombrageuses avec Dans la maison, un thriller sombre dépeignant un jeu de manipulation malsain qui s'établit entre un prof de français (Luchini, à nouveau) et son élève. L’année suivante, il présente au Festival de Cannes son nouveau film Jeune & jolie. Il y dresse le portrait d’une jeune femme de dix-sept ans (interprétée par la révélation Marine Vacth) qui commence à se prostituer en même temps qu’elle découvre la sexualité.

Ozon se lance dans le tournage d'Une nouvelle amie. Dans cette adaptation de la nouvelle "Une amie qui vous veut du bien" de Ruth Rendell, il met en scène pour la première fois Romain Duris, Anaïs Demoustier et Raphaël Personnaz. Après Frantz (2016), un drame franco-allemand tourné en noir et blanc, le cinéaste réalise le thriller L'Amant Double (2017), puis Grâce à Dieu (2019), qui porte sur le silence de l'Eglise face aux agressions sexuelles subies par des enfants. Il revient ensuite à un registre plus léger avec Eté 85, librement adapté du roman d’Aidan Chambers, La Danse du coucou, qu'il a lu à dix-sept ans et qui évoque la relation amoureuse entre deux adolescents.

Avec Tout s'est bien passé (2021), il dirige pour la première fois Sophie Marceau dans un drame inspiré de l'expérience de son amie, la romancière Emmanuèle Bernheim, qui a aidé son père à être euthanasié. Il se lance l'année suivante dans un exercice de style avec Peter von Kant, hommage à Fassbinder porté par un Denis Ménochet étonnant dans le rôle d'un cinéaste tyrannique. Autre exercice de style en 2023 avec Mon Crime, comédie théâtrale et rétro dans la veine de 8 femmes et Potiche. François Ozon y dirige deux jeunes actrices prometteuses (Nadia Tereszkiewicz, Rebecca Marder), entourées de comédiens confirmés et familiers de son cinéma, tels que Fabrice Luchini et Isabelle Huppert.