Né à Little Rock, dans l'Arkansas, David Gordon Green n'a pas attendu très longtemps avant de se tourner vers le cinéma, puisque c'est sur les bancs de la North Carolina School of the Arts qu'il fait ses classes de réalisateur et met en scène des courts métrages. C'est en 2000 qu'il fait le grand saut, lorsque sort son premier long : George Washington. Présenté au Festival International du film de Toronto, le film y décroche le Discovery Award, tandis qu'il se voit auréoler du Prix du meilleur premier film au New York Film Critics Circle. Le New York Times et le Time Magazine le mettent dans leur Top 10 de l'année 2000.
Si All the Real Girls, sorti en 2002, passe inaperçu, David Gordon Green ne rate pas le coche, deux ans plus tard, avec L'Autre rive, un film envoûtant relativement bien accueilli par les critiques : interprété par Jamie Bell et Dermot Mulroney, le long métrage, comparé à La Nuit du chasseur ou aux films de Terrence Malick, révèle le réalisateur au reste du monde.
Après avoir fait se rencontrer Kate Beckinsale et Sam Rockwell dans le drame romantique Snow Angels, David Gordon Green change radicalement de registre : d'abord avec Délire Express, stoner movie produit par Judd Apatow, et porté par le duo Seth Rogen-James Franco ; puis en 2011 avec la "comédie moyenâgeuse" Votre majesté, avec Natalie Portman au casting et James Franco.
Fin 2013, il réunit à l'écran un duo inattendu, Paul Rudd et Emile Hirsch. Dans Prince of Texas, ils incarnent deux personnages totalement opposés travaillant ensemble sur le marquage d'une route, dans le Texas de la fin des années 1980. Le film remporte l'Ours d'Argent du Meilleur réalisateur à la Berlinale 2013. Quelques mois plus tard, David Gordon Green offre un rôle de premier ordre à Nicolas Cage dans Joe. Ex-taulard repenti, il tente de se racheter une conduite en prenant un jeune de 15 ans sous son aile, afin de le délivrer de l'emprise de son père alcoolique. L'occasion pour Cage de crever l'écran dans un rôle relativement opposé à ceux qu’il a pu jouer ces dernières années.
En 2015 sort le drame Manglehorn porté par Al Pacino jouant un serrurier au cœur brisé. David Gordon Green signe ensuite la comédie géopolitique Our Brand Is Crisis, portée par Sandra Bullock, puis le biopic Stronger, dans lequel Jake Gyllenhaal incarne un rescapé des attentats du marathon de Boston de 2013, qui tente de reprendre goût à la vie après la perte de ses jambes. Le cinéaste change alors de registre et s'attaque à un projet des plus ambitieux : sa trilogie Halloween, composée de Halloween (2018), Halloween Kills (2021) et Halloween Ends (2022), portés par Jamie Lee Curtis reprenant son rôle de Laurie Strode, faisant face au diabolique croquemitaine Michael Myers.
Parallèlement, David Gordon Green réalise plusieurs épisodes des séries Red Oaks, Vice Principals et The Righteous Gemstones.
Il s'apprête à tourner en 2023, 2024 et 2025 une trilogie l'Exorciste, remake du fameux film de William Friedkin de 1973 avec Ellen Burstyn qui reprendra son rôle de Chris MacNeil.
