Natif du Massachusetts, Andrew Stanton est formé au CalArts (California Institute of the Arts), dont il sort licencié en animation de personnages. Ce sont ses courts-métrages animés, Somewhere in the Arctic, lauréat du Nissan/ Focus Award, et A Story, qui lui permettent d'être sélectionné comme directeur de l'animation et réalisateur de films publicitaires au sein de Pixar en 1990.

Andrew Stanton est alors la neuvième personne à rejoindre l'équipe de pionniers menée par John Lasseter, et le deuxième animateur. Véritable pilier du studio, il participe à l'écriture de la plupart des films tout en assumant le rôle de producteur. Il se permet également de prêter sa voix à quelques personnages comme l'Empereur Zurg dans Toy Story 2, la tortue Crush dans Le Monde de Nemo et la voiture Fred dans Cars.

C'est toutefois en tant que réalisateur qu'il gagne ses lettres de noblesse avec 1001 Pattes (1999, coréalisé par John Lasseter) et Le Monde de Nemo (2003, coréalisé par Lee Unkrich). Les aventures de ce petit poisson deviennent le plus gros succès en date de Pixar. Le studio remporte alors le premier Oscar du Meilleur film d’animation de son histoire ; Stanton est également nommé, pour le Meilleur scénario original. Même réussite en 2008 avec WALL·E, qui est cité à six reprises lors de la prestigieuse cérémonie. Grand succès critique, l’histoire de ce robot amoureux permet à Stanton de gagner une nouvelle statuette (celle du Meilleure film d’animation).

Le réalisateur se lance ensuite dans une expérience inédite, la réalisation de John Carter, son premier film en prises de vues réelles. Cette adaptation d’un classique de la science-fiction, écrit par Edgar Rice Burroughs, le créateur de Tarzan, est une fresque épique dont l'action se situe sur la planète Mars. Il est ensuite seul aux manettes pour réaliser Le Monde de Dory, treize ans après avoir copiloté les aventures de Nemo.