André Delvaux s'oriente d'abord vers des études de philologie germanique et de droit, tout en suivant une formation musicale. Il se tourne vers le cinéma en accompagnant au piano des films muets. Professeur de langue et de littérature néerlandaise à l'Athénée de Schaerbeek, il s'intéresse très tôt à l'enseignement du cinéma et co-fonde l'INSA en 1962. Puis dans les années 60, il réalise une série de documentaires pour la RTB sur des réalisateurs tels que Federico Fellini et Jean Rouch. Pour ses reportages, il se rend également sur des tournages comme celui des Demoiselles de Rochefort de Jacques Demy.

C'est en 1966 qu'il signe son premier long métrage, L'Homme au crâne rasé, en langue flamande. Tournant indifféremment en flamand ou en français, il se penche même sur cette dualité linguistique pour les besoins d'Un soir un train en 1968. Malgré ses moyens réduits et sa réputation de cinéaste expérimental, André Delvaux est rapidement sollicité par des comédiens séduits par son travail comme Marie-Christine Barrault qui joue sous sa direction dans Femme entre chien et loup en 1979.

Ce cinéaste dont l'oeuvre confine souvent au fantastique et à l'onirisme puise son inspiration dans la littérature. Ainsi, son Rendez-vous à Bray - Prix Louis-Delluc en 1971 - est tiré d'une nouvelle de Julien Gracq, Benvenuta (1984) - sur la relation unissant une romancière à un jeune scénariste - est la transposition cinématographique de l'univers de Suzanne Lilar, tandis que son dernier long métrage, L'Oeuvre au noir, qui sera présenté en Compétition au Festival de Cannes en 1988, est adapté du roman homonyme de Marguerite Yourcenar.