De nationalité allemande, Volker Schlöndorff s'installe en France à l'adolescence. Après le lycée Henri IV, il obtient des diplômes de sciences politiques et de philosophie. Au cinéma, il fait ses armes en officiant comme assistant-réalisateur de Jean-Pierre Melville (Leon Morin, prêtre,1961), Alain Resnais (L' Annee dernière à Marienbad, 1961) et Louis Malle (Le Feu follet, 1963).

Il rentre en Allemagne en 1964 et réalise en 1966 son premier long métrage, Les Désarrois de l'élève Toerless, inspiré d'un roman de Musil. Le film est très remarqué à Cannes où il obtient le Prix de la critique. Suivent quelques oeuvres qui suscitent un écho limité jusqu'à L'Honneur perdu de Katharina Blum en 1975, succès en Allemagne et en France, co-réalisé avec Margarethe von Trotta, son épouse, collaboratrice et actrice (notamment dans Le Coup de grâce, 1967).

Le réalisateur fait alors figure, aux côtés de cinéastes comme Rainer Werner Fassbinder ou Wim Wenders, de chef de file de la nouvelle vague allemande attachée à décrire une société contemporaine déchirée entre passé nazi et présent terroriste. Il réalise ainsi en compagnie de plusieurs personnalités artistiques ouest-allemandes, parmi lesquelles Fassbinder, Volker Schlöndorff ou encore Hans Peter Cloos, le documentaire politique L'Allemagne en automne (1977), qui relate les événements tragiques survenus en R.F.A. en octobre 1977, de l'enlèvement de H.M. Schleyer à la mort d'Andreas Baader.

Il atteint la consécration mondiale avec Le Tambour (1979), tiré du roman de Günther Grass et Palme d'Or à Cannes ex-aequo avec Apocalypse Now.

Grand amateur d'adaptations littéraires, Schlöndorff travaille souvent ses scénarios avec Jean-Claude Carrière, s'attaquant à Marcel Proust et Michel Tournier (Un amour de Swann, 1984 ; Le Roi des aulnes, 1996). Après plusieurs grosses coproductions, La Servante ecarlate en 1990, où il met en scène Natasha Richardson et Robert Duvall, il revient à un cadre plus intimiste dans son pays natal avec Les Trois vies de Rita Vogt, en 2000. En 2004, il s'attache à suivre la résistance d'un certain nombre de prêtres catholiques condamnés à végéter dans le bloc des curés à Dachau durant la Seconde Guerre mondiale dans Le neuvième jour, puis filme la Pologne du début de XXe siècle dans Strajk - Die Heldin von Danzig.

En 2007 il revient avec Ulzhan, où il met en scène un Philippe Torreton entamant un périple initiatique au Kazakhstan. Le film, présenté en séance spéciale à l'occasion des 60 ans du Festival de Cannes, marque les retrouvailles du réalisateur et de l'acteur David Bennent, vingt-huit ans après la Palme d'or décerné à leur précédente collaboration, Le Tambour.