Après des études cinématographiques à l'IDHEC, Pierre Granier-Deferre apprend le métier comme assistant-réalisateur, notamment aux côtés de Marcel Carné. Il signe en 1962 son premier long-métrage, Le Petit garçon de l'ascenseur, puis dirige Lino Ventura et Charles Aznavour dans le film policier La Métamorphose des cloportes. C'est dans les années 70 que Granier-Deferre se révèle véritablement, grâce à sa collaboration avec Jean Gabin, d'abord avec La Horse (1970) puis, surtout, Le Chat (1971).
Durant trois décennies, Pierre Granier-Deferre, passionné d'écriture, réalisera plus d'une vingtaine de films, se spécialisant plutôt dans le polar et dirigeant les plus grands : Alain Delon dans La Veuve Couderc (1971), La Race des seigneurs (1974) et Le Toubib (1979), Lino Ventura dans Adieu poulet (1975), Simone Signoret dans Le Chat (1971) et La Veuve Couderc (id.) ou encore Romy Schneider dans Une Femme à sa fenêtre (1976).
Dans les années 80, Pierre Granier-Deferre, réalisateur de nombreux épisodes de la série télévisée Maigret, est reconnu par ses pairs. Une étrange affaire (1981) vaut à Nathalie Baye le César de la Meilleure actrice dans un second rôle et le Prix Louis-Delluc au cinéaste. Deux ans plus tard, ce dernier obtient le César du Meilleur scénario adapté pour L'Etoile du Nord, emmené par deux fidèles complices, Simone Signoret et Philippe Noiret. Se consacrant de plus en plus à sa passion de Georges Simenon, il signe en 1995 le long-métrage Le Petit garçon.