Darius Khondji naquit à Téhéran d'une mère française et d'un père iranien, distributeur de films. Sa famille s'installa dès son plus jeune âge à Paris. A l'âge de douze ans, il fut sorti d'une salle où, trop jeune, il ne put voir King Kong, en dépit de l'aide de sa mère et de sa soeur. Cela ne fit que renforcer sa passion des films d'horreurs, notamment ceux de la Hammer. Plus tard, c'est encore sa soeur qui lui fit découvrir des films de tous horizons et de toutes époques (notamment le Johnny Guitar de Nicholas Ray). De là naquit son désir de faire des films. Les écoles de cinéma françaises exigeant des compétences trop scientifique pour un bachelier littéraire comme lui, il prit le chemin des Etats-Unis pour étudier le cinéma à la prestigieuse université d'U.C.L.A., à Los Angeles, mais une étape à New York lui fit changer de destination. Ce fut donc avec un diplôme de la New York University (où étudièrent également Martin Scorsese, Spike Lee et Oliver Stone) qu'il revint en France.

Khondji entâme alors sa carrière en tant qu'opérateur et chef opérateur sur des courts métrages. En 1989, Embrasse-moi, avec Anouk Grinberg et Patrick Chesnais est son premier long métrage. Il accède à la notoriété en 1991, grâce à l'ambiance si particulière qu'il insuffle aux image de Delicatessen, de Jean-Pierre Jeunet et Marc Caro. Son film suivant son entrée dans le cinéma international : dans Prague de l'écossais Ian Sellar, il éclaire un autre écossais, Alan Cumming, mais aussi la française Sandrine Bonnaire et l'allemand Bruno Ganz. En 1994, il collabore à nouveau avec le duo Caro-Jeunet pour La Cité des Enfants Perdus, avant de repartir sur un tournage international sous la direction de l'italien Bernardo Bertolucci pour Beauté volée, où il éclaire notamment 'américaine Liv Tyler, l'anglais Jeremy Irons et le français Jean Marais. La même année, il se fait sa place au soleil de Hollywood grâce au sombre Seven, de David Fincher.

A partir de là, il tourne presque exclusivement en anglais et avec des grands noms de tous les horizons: Alan Parker (Evita), Neil Jordan (Premonitions), Danny Boyle (La Plage, Roman Polanski (La Neuvième Porte), Woody Allen (Anything else, la vie et tout le reste),Sydney Pollack (L'Interprète), Wong Kar-Wai (My Blueberry Nights, ou Michael Haneke (Funny Games). Il renoue parfois certaines collaboration, surtout avec David Fincher (Panic room et Jean-Pierre Jeunet (Alien, la résurrection).