Après avoir réalisé un court métrage, Elie Wajeman surprend avec son premier long, Alyah, un drame sombre rappelant les films de James Gray qui évoque le parcours d'un dealer juif parisien rêvant d'amasser assez d'argent pour quitter la capitale et s'installer en Israël. Dans la peau du héros, Pio Marmaï livre une prestation tout en sobriété et dans le rôle de son frère malhonnête, Cédric Kahn crève lui aussi l'écran. Le film est présenté à la Quinzaine des Réalisateurs du festival de Cannes 2012.

Fort de ce premier essai réussi, Elie enchaine avec Les Anarchistes présenté en ouverture à la Semaine de la Critique, réunissant Tahar Rahim et Adèle Exarchopoulos. Le film se déroule à Paris en 1899 et se centre sur le personnage du brigadier Jean Albertini qui est choisi pour infiltrer un groupe d’anarchistes. Il poursuit en réalisant plusieurs épisodes de la série d'espionnage Le Bureau des Légendes, porté (entre autres) par Mathieu Kassovitz, Florence Loiret Caille ou encore Jonathan Zaccaï.

Il fait son retour au cinéma en 2021 avec Médecin de nuit, un film noir dans lequel Vincent Macaigne et Pio Marmai se trouvent au cœur d'un trafic de médicaments. Après avoir travaillé sur la série documentaire Insoupçonnable, l’affaire du Grêlé, sur le tristement célèbre tueur en série, Elie Wajeman livre en 2026 Comète, un film choral au casting impressionnant se déroulant là encore à Paris.