Passionné de peinture dès son plus jeune âge, Gus Van Sant est diplômé de la Rhode Island School of Design en 1970. Après avoir voyagé plusieurs années en Europe, il s'installe en 1976 à Los Angeles, où il se prend bientôt d'affection pour la population marginale, source d'inspiration de plusieurs de ses films.
Assistant de production auprès de Ken Shapiro, et auteur de nombreux courts, Van Sant réalise et produit en 1985 son premier long métrage, Mala Noche, romance homosexuelle filmée en 16 mm et en noir blanc, primée par l'Association des critiques de Los Angeles. Courtisé par Universal, le réalisateur choisit pourtant de partir à Portland où il peut enfin concrétiser d'anciens projets de films. Contant la dérive d'une bande de junkies dans Drugstore cowboy (1989), inspiré de l'univers de Burroughs, il brosse le portrait de deux prostitués dans My Own Private Idaho (1992). Avec ces deux oeuvres très personnelles, dans lesquelles brillent Matt Dillon, River Phoenix et Keanu Reeves, Van Sant s'impose comme l'un des cinéastes indépendants les plus originaux et prometteurs.
Après l'échec du psychédélique Even cowgirls get the blues, Van Sant tourne pour la Columbia Prête à tout, satire féroce qui vaut à Nicole Kidman le Golden Globe de la Meilleure actrice en 1996. La notoriété du cinéaste grandit encore avec le succès critique et public de Will hunting. Cette chronique, autour d'un jeune délinquant sauvé par un prof de maths, est récompensée par deux Oscars, dont l'un attribué aux scénaristes en herbe Matt Damon et Ben Affleck. Sur un thème voisin, Van Sant signera en 2000 A la rencontre de Forrester avec Sean Connery.
Se réclamant de Chantal Akerman et Bela Tarr, Gus Van Sant se tourne ensuite vers un cinéma plus expérimental : après un intrigant remake plan par plan (et en couleurs) de Psychose en 1998, il signe une série d'oeuvres méditatives, qui sont autant de réflexions sur l'adolescence : Gerry (2002), ou l'hypnotique traversée de deux amis dans le désert californien, Elephant, évocation de la tuerie du lycée de Columbine, qui obtient la Palme d'or et le Prix de la mise en scène à Cannes en 2003, Last days (2005), dans lequel il explore la fascination exercée par le suicide de l'icône grunge Kurt Cobain, puis Paranoid Park (2007), plongée mélancolique dans l'univers des skaters de Portland. Van Sant reçoit à Cannes un prix saluant ce dernier film mais aussi l'ensemble de son oeuvre.
Il revient ensuite à une narration plus traditionnelle avec Harvey Milk, portrait du premier élu américain ouvertement gay, film 8 fois nommé aux Oscars en 2009.
Son dernier film, Restless sera présenté à Cannes en 2011 dans la catégorie "Un Certain Regard".