C'est lors d'une conférence à Calais que Xavier Beauvois, passionné de cinéma alors en classe de terminale, rencontre Jean Douchet, critique et cinéaste respecté. Ce dernier lui donne une chance de s'extirper du milieu ouvrier auquel il semble promis en l'invitant à Paris et en l'encourageant à s'engager dans le cinéma. Beauvois déclarera plus tard: "Le cinéma m'a sauvé la vie ! (...) Ce n'est même pas un métier, c'est une passion. Quand je pense à mon enfance, à d'où je viens, à ce que j'aurais pu faire là-bas... Ce n'était pas possible, il fallait que je sorte de là...".
Il débute en assistant réalisateur avec André Techiné sur Les Innocents, et Manoel de Oliveira pour Mon cas, avant de faire ses premières armes de réalisateur avec un court-métrage, Le Matou (1986). Il franchit le pas du long-métrage trois ans plus tard avec Nord, où il évoque le Pas-de-Calais à travers la désintégration d'une famille incapable de communiquer.
Après un séjour à la Villa Médicis, lieu de résidence et de travail pour artistes sous la tutelle du Ministère de la culture, il réalise en 1995 N'oublie pas que tu vas mourir, chronique désenchantée et romantique à la fois d'un étudiant apprenant sa séropositivité, qui lui vaut le Prix Jean Vigo et le Prix du Jury au Festival de Cannes. Acteur à l'occasion, pour Michel Deville, Jacques Doillon et Philippe Garrel (Le Vent de la nuit), entre autres, il signe en 2001 Selon Matthieu, avec Benoît Magimel et Nathalie Baye, à qui il offrira l'un des deux rôles principaux du Petit lieutenant (2005), celui de Vaudieu, commandant de police alcoolique et mentor de Jalil Lespert dans un drame policier âpre aux accents documentaires.
Xavier Beauvois revient sur le grand écran cinq ans plus tard, présentant au Festival de Cannes 2010 Des hommes et des dieux dans lequel Lambert Wilson et Michael Lonsdale interprètent les membres éminents des moines de Tibhirine, retrouvés assassinés en 1996 en Algérie.
Succès monumental, tant critique que commercial (plus de 3 millions d'entrées sur le territoire français), le film obtient le Grand Prix du Jury et, plus tard, le César du Meilleur film.
Après ce triomphe, le réalisateur adapte un fait divers survenu dans les années 70 : deux hommes décidant de voler le cercueil de Charlie Chaplin, dans le but de demander une rançon à sa famille. Benoit Poelvoorde et Roschdy Zem prêtent leurs traits à ces deux malfrats, dans un film intitulé La Rançon de la Gloire.
