A peine diplômé de l'Université de Valence en Sciences de l'Information et de l'ECAM (Ecole de Cinéma de Madrid), Paco Plaza commence sa carrière en réalisant des courts métrages (Abuelitos, Puzzles) qui obtiennent de francs succès lors de leurs passages dans des festivals.

En 2001, il met en scène son premier long-métrage Les Enfants d'Abraham, qui sort en France en 2003, et lui vaut d'être reconnu comme l'un des nouveaux talents du cinéma fantastique ibérique. Auréolé du Méliès d'Argent au Festival de Sitges en 2002, Paco Plaza s'éloigne pourtant du grand écran pendant quelques années, au profit du petit (il participe notamment à la série Conte de Noël).

Son grand retour au cinéma se fait en deux temps : d'abord en 2004 avec l'inédit L'Enfer des loups (où il dirige notamment Elsa Pataky) ; puis en 2007, accompagné de Jaume Balaguero (La Secte sans nom), avec qui il explore la terreur pure avec [Rec], film d'horreur réaliste et éprouvant filmé comme un reportage, qui rencontre un grand succès dans divers pays, à commencer par l'Espagne.

Après avoir fait l'objet d'un remake aux Etats-Unis, le film génère une suite, [Rec] 2, réalisée par le même duo. Se déroulant quelques minutes après la fin du premier opus, le film connaît la consécration grâce à une présentation hors-compétition à la Mostra de Venise en 2009. Après cette suite, il ne restait plus qu'à se pencher sur les origines du virus "zombifiant" dans une préquelle. Paco Plaza achève ainsi sa trilogie horrifique en 2012, avec [REC]³ Génesis.