Originaire de Virginie, Dean Fleischer Camp étudie la réalisation à la Tisch School of the Arts de l'Université de New York (NYU). À la fin des années 2000, il se lance dans la réalisation et le montage de courts-métrages. En 2010, il crée avec sa compagne d’alors, l’actrice Jenny Slate, le personnage attachant de Marcel, un petit coquillage doté de chaussures. Il le filme en stop-motion dans un court métrage intitulé Marcel the Shell with Shoes On, où la coquille anthropomorphe est doublée par Jenny Slate. Postée sur YouTube, la vidéo devient virale et cumule des millions de vies. Deux courts suivront entre 2011 et 2014, ainsi que des livres pour enfants.
Après avoir mis en scène d’autres courts et des épisodes de séries télévisées, Dean Fleischer Camp passe en 2016 au format du moyen métrage avec Fraud, un docu-fiction conceptuel conçu à partir de vidéos familiales trouvées sur YouTube, et qui narre la vie d’une famille américaine moyenne succombant à la surconsommation, au point de s’endetter.
En 2021, il retrouve son personnage fétiche de Marcel, et lui consacre un long métrage, qui mêle animation en stop-motion et prises de vues réelles. Marcel, le Coquillage (avec ses chaussures) emballe le public et la critique et décroche en 2023 une nomination au BAFTA, au Golden Globe et à l’Oscar du meilleur film d’animation.
Ce succès lui permet d’être repéré par Disney, qui lui confie la réalisation de l’adaptation live de Lilo & Stitch (2025), dans lequel une petite fille hawaïenne solitaire se lie d’amitié avec un facétieux extra-terrestre bleu aux grandes oreilles, qui l’aide à renouer le lien avec sa famille.
Émilie Schneider