Andrzej Bartkowiak étudie à l'Ecole de cinéma de Lodz et s'établit en 1972 aux Etats-Unis. Directeur de la photographie, il travaille sur des spots publicitaires et des petits films avant de devenir le chef opérateur attitré de Sidney Lumet de 1981 à 1993. Il travaille ensuite sur des films aussi différents que Jade de William Friedkin et Speed de Jan de Bont.

Sur les conseils de Keanu Reeves et après l'avoir vu travaillé sur L' Arme fatale 4, le producteur Joel Silver lui confie la réalisation de Roméo doit mourir en 1999. Sa carrière de réalisateur lancé, il enchaîne alors avec Hors limites (2001) et En sursis (2003) avec le même producteur. En 2005, il met une nouvelle fois à profit son expérience dans le film d'action et réalise Doom, l'adaptation du célèbre jeu vidéo, avec The Rock en tête d'affiche.