Adolescente, Lucrecia Martel s'initie à la réalisation en filmer les membres de sa famille -nombreuse- avec la caméra achetée par son père. A 20 ans, elle étudie les sciences de la communciation tout en suivant des ateliers de cinéma d'animation à l'ENERC (Ecole Nationale d'Expérimentation et de Réalisation Cinématographique). Ses premiers courts métrages sont donc des films d'animation.

Réalisé en 1995, le court métrage Rey Muerto, qui fait le tour des festivals, est intégré à un programme intitulé, Historias breves, qui remporte un franc succès en Argentine, marquant l'émergence d'une nouvelle génération de cinéastes argentins -les autres contribution sont signées Daniel Burman ou Adrián Caetano. Cette expérience la conduit à réaliser des documentaires et des programmes pour la télévision argentine, de 1996 à 1999. Elle réalise notamment un programme pour enfants devenu plus ou moins culte à Buenos Aires en raison de son humour noir.

En 2001, elle réalise son premier long métrage La Cienaga, chronique d'un été torride vécu par deux familles en Argentine. Ce coup d'essai très maitrisé, à l'atmosphère poisseuse, est salué par la critique et primé à Berlin (prix Alfred-Bauer du meilleur premier film), Sundance (meilleur scénario). Son deuxième opus, La Nina santa, portrait d'adolescentes face à la foi et à leurs premiers émois, est présenté en compétition à Cannes en 2004. La jeune cinéaste ne tarde pas à devenir une habituée de la Croisette : membre du jury présidé par Wong Kar-Wai en 2006, elle y dévoile deux ans ans plus tard son troisième long métrage, La Femme sans tête, une oeuvre à la fois sensuelle et cérébrale,