Enfant de la guerre, Milos Forman perd ses parents, déportés à Auschwitz ; il est alors élevé avec ses frères par le reste de sa famille. Il étudie le cinéma à l'Académie de Musique et d'Art Dramatique de Prague et réalise son premier long métrage en 1963, L'As de pique. Une comédie douce-amère, mélange de tendresse et d'ironie, comme dans Les Amours d'une blonde (1965), pour lequel les Américains le remarquent. En 1967, sa satire provocatrice Au feu les pompiers ! lui vaut les foudres de la censure dans son pays. Alors qu'il se trouve à Paris pour des négocier son premier contrat avec Hollywood, les studios tchèques le licencient au motif d'une sortie illégale du territoire. A la faveur du Printemps de Prague et de son vent de révolte, Milos Forman quitte l'Europe pour les Etats-Unis.

Il réalise d'abord une comédie sociale, Taking Off (1971), puis change totalement de registre en 1975 avec le brillant Vol au-dessus d'un nid de coucou. Porté par Jack Nicholson qui y trouve là un de ses plus grands rôles, le film rafle 5 Oscars dont ceux du Meilleur film, Meilleur acteur et Meilleur réalisateur. En 1979, il se voit confier l'adaptation d'un grand succès de la scène musicale à Broadway : Hair, film culte de toute une génération. En 1981, il remplace au pied levé Robert Altman sur le difficile tournage de Ragtime; portrait d'une Amérique du début du XXe siècle en proie au racisme.

En 1985, il obtient à nouveau l'Oscar du Meilleur réalisateur pour Amadeus, un biopic du compositeur porté par Tom Hulce. Quatre ans plus tard, il réalise Valmont, adaptation des Liaisons dangereuses de Choderlos De Laclos. Mais le film souffre d'une comparaison fatale avec Les Liaisons dangereuses, sorti la même année, et l'échec du film est cuisant. Depuis Amadeus, il semble avoir pris goût aux biographies en réalisant Larry Flynt (1996) et Man on the Moon (1999), inspiré de la vie du comique américain Andy Kaufman. Avec Les Fantômes de Goya, dans lequel Natalie Portman et Javier Bardem se donnent la réplique, il retrouve à nouveau l'univers onirique et les costumes du XVIIIe siècle.