Fils du réalisateur Alexandre Arcady et de la critique de cinéma Marie-Jo Jouan.

Enfant, Alexandre Aja fait quelques apparitions dans les films de son père sous le nom d'Alexandre Jouan (Le Grand Carnaval, 1983 ; L'Union sacrée, 1989 ; Le Grand pardon II, 1992). Puis, marchant sur ses pas, il seconde son paternel à la réalisation de Là-bas, mon pays (2000), Entre chiens et loups (2002) et Mariage mixte (2004). Entre-temps, il signe en 1997 un court-métrage, Over the Rainbow, qui est présenté en Compétition officielle à Cannes.

Un galop d'essai réussi qui lui permet de tourner deux ans plus tard Furia, un film d'anticipation tiré d'une nouvelle de Julio Cortazar. Après avoir travaillé sur le scénario du thriller Entre chiens et loups, Alexandre Aja se spécialise dans le cinéma d'horreur avec Haute tension (2003) emmené par Cécile de France. Le film, ultra-violent, marque les spectateurs lors de sa sortie et permet au jeune cinéaste de se faire un nom.

Cédant aux sirènes d'Hollywood, le jeune Frenchie réalise, dans la même veine La Colline a des yeux, remake du film culte de Wes Craven. Un franc succès qui contraste avec le bide retentissant de sa production 2ème sous-sol... En 2008, il reste dans le domaine horrifique avec Mirrors, où Kiefer Sutherland campe un agent de sécurité qui travaille de nuit dans un endroit maudit... Deux ans plus tard, le prodige du cinéma d'horreur s'attaque à la réalisation de Piranha 3D, remake du Piranhas (1978).

Toujours à l'aise dans le genre horrifique, le réalisateur produit en 2012 le remake du film de William Lustig, Maniac, porté par un Elijah Wood bluffant dans ce rôle complexe d'un psychopathe qui scalpe ses victimes. Il rédige également le scénario du film avec son comparse Grégory Levasseur. Trois ans après avoir réalisé Piranhas 3D, Aja revient à un domaine qu’il connaît bien avec Horns, thriller flirtant entre le drame et le film d’horreur, avec Daniel Radcliffe dans le rôle principal.

Après les piranhas, place aux crocodiles tueurs ! En 2019, le réalisateur sort Crawl, un survival dans lequel une fille et son père font face à des alligators assoiffés de sang. Deux ans plus tard, il laisse de côté l'hémoglobine pour le thriller SF en huis clos Oxygène diffusé sur Netflix et porté par Mélanie Laurent.