Fils de Max Frankel, rédacteur au New York Times, David commence par suivre le modèle de son père en étudiant le journalisme à Harvard. Après quelques essais dans le domaine sportif, il s’intéresse à un autre type de création rédactionnelle et se lance dès 1986 dans l’écriture de la série télévisée The Ellen Burstyn Show. Il poursuit son entrée dans le domaine de l’audiovisuel avec Norman Steinberg en travaillant sur la série "Doctor Doctor" en tant que scénariste, réalisateur et producteur. En 1990, David Frankel collabore avec le réalisateur Leonard Nimoy et écrit le scénario de la comédie romantique Chéri, dessine-moi un bébé. Le scénariste passe ensuite à la réalisation avec Miami Rhapsody (1995), qu'il produit également et dans lequel il fait tourner Sarah Jessica Parker, Gil Bellows et Antonio Banderas.

Ses débuts dans la réalisation lui permettent de retrouver les séries télévisées et de réaliser plusieurs épisodes, notamment pour Frères d'armes (2001), Sex & the City (id.), Entourage (2004) ou encore Rome (2005). C'est en 2006 qu'il fait connaitre son nom auprès du grand public à travers son film Le Diable s'habille en Prada, dans lequel il met en scène Meryl Streep et Anne Hathaway. Le film est salué par plusieurs nominations prestigieuses, et notamment par le Golden Globe de la Meilleure actrice dans une comédie pour Meryl Streep. En 2008, Frankel fait appel à l'acteur Owen Wilson pour sa nouvelle comédie, Marley & moi, avant de le retrouver quelques années plus tard pour The Big Year (2012), en compagnie de Steve Martin et de Jack Black. La même année, il retrouve également Meryl Streep et lui offre le premier rôle de Tous les espoirs sont permis aux côtés de Tommy Lee Jones.

Puis, en 2013, David signe le biopic Un incroyable talent consacré au chanteur Paul Potts et, trois ans plus tard, convoque un casting quatre étoiles (Will Smith, Keira Knightley, Kate Winslet, Edward Norton, Helen Mirren, Naomi Harris, etc.) pour la comédie dramatique chorale sur la dépression Beauté cachée. Le cinéaste se consacre ensuite à la mise en scène d'épisodes de séries (The Morning Show, Inventing Anna) avant de retrouver le chemin des plateaux de cinéma avec Jerry and Marge Go Large porté par Bryan Cranston dans la peau d'un retraité découvrant une faille mathématique dans la loterie du Massachusetts... Quatre ans plus tard, il retrouve Meryl Streep, Anne Hathaway, Emily Blunt et Stanley Tucci pour Le Diable s'habille en Prada 2, la suite de son film le plus lucratif. à ce jour.