Fritz Lang naît dans une famille de la grande bourgeoisie viennoise. Son père Anton Lang est un architecte réputé. Des études d'architecture et de peinture, et surtout un long périple autour du monde, constitueront sa formation, jusqu'à la guerre de 1914. Au début des années 20, il commence sa carrière de réalisateur dans le cinéma muet à Berlin. Il travaille alors avec le producteur Erich Pommer et rencontre sa première femme Thea von Harbou, qui participera à l'écriture de tous ses films allemands jusqu'à son départ de Berlin en 1933. Son premier film marquant, Le Métis (1919), malheureusement perdu, met déjà en scène ses thèmes de prédilection : la femme fatale et l'amour destructeur.

Entre 1920 et 1933, les films se succèdent constituant une filmographie allemande importante: Les Trois Lumieres, Le Docteur Mabuse (en deux parties), M le Maudit (son premier film parlant), Les Nibelungen saga épique sur la vie de Siegfried, Metropolis (1926) drame expresionniste sur une société futuriste où l'homme est asservit représente un film clef de sa carrière, considéré comme son chef d'oeuvre majeur. Le Testament du docteur Mabuse établit un parallèle évident entre les pratiques du Docteur Mabuse et son réseau criminel avec les agissements nazis. La censure intervient et retire le film de l'affiche. Goebbels convoque Lang et lui propose de prendre la direction du nouveau studio nazi. Lang décide alors de quitter l'Allemagne pour Paris, il laisse derrière lui sa femme qui rejoindra peu après le parti nazi.

Il ne reste qu'une seule année à Paris et réalise un unique film, Liliom (1934), avec Charles Boyer. Après quoi il s'exile à Hollywood, avec un contrat avec le producteur D. Selznick pour la MGM. En 1935, il obtient la nationalité américaine et débute une nouvelle carrière avec Fury en 1936. Sa filmographie très variée, mélange des genres allant du western (Les Pionniers de la Western Union) au film noir Règlement de comptes) en passant par le film policier (L' Invraisemblable vérité ) et le film d'aventures en costumes (Les Contrebandiers de Moonfleet). Pour Lang le cinéma est un moyen d'explorer la part d'ombre de la nature humaine. On retrouve tout au long de son oeuvre les thèmes de la cruauté, de la peur, de l'horreur et de la mort.

En 1959, il retourne en Allemagne, et réalise ses trois derniers films ( Le Tigre du Bengale, Le Tombeau hindou, et le dernier épisode du Docteur Mabuse en 1960 : Le Diabolique Docteur Mabuse) s'inspirant des scénarios de Thea Von Harbou alors décédée. Après quoi il retourne aux Etats-Unis. Par la suite, il fait des apparitions remarquées dans Le Mépris de Jean-Luc Godard, en 1963 où il joue son propre rôle, dans 75 years of Cinema Museum, de Roberto Guerra et Elia Herschon (1972) ou The Exiles(1989) de Richard Kaplan (1989).

Unanimement reconnu, il reçoit de nombreuses distinctions, notamment en France et aux Etats-Unis. Il décède à Beverly Hills le 2 août 1976.