Dès l'âge de huit ans, David Fincher réalise de nombreux films dans le cadre familial. Passionné par le travail de George Lucas, il intègre dix ans plus tard la société d'effets spéciaux de son modèle, Industrial, Light and Magic. Durant ses quatre années passées chez ILM, Fincher travaille ainsi sur les effets spéciaux du Retour du Jedi, d'Indiana Jones et le Temple maudit ou de L'Histoire sans fin. Fort de cet acquis, il se spécialise ensuite dans la réalisation de publicités et de clips musicaux, créant sa propre société de production, Propaganda Films. Son travail pour la marque Nike et pour des artistes comme Madonna, Aerosmith ou les Rolling Stones l'impose vite comme un jeune surdoué de l'image.

A 29 ans, David Fincher s'engage avec la Fox pour signer son premier long métrage, Alien 3, troisième volet de la saga fantastique emmenée par Sigourney Weaver. Le résultat, très sombre et virtuose, n'empêche pas le studio de brider le jeune cinéaste qui gardera un souvenir amer de cette expérience. Déterminé à acquérir au plus vite une vraie liberté d'action, Fincher fait équipe en 1994 avec une petite société de production indépendante de l'époque, New Line Cinema, pour réaliser le thriller Seven. Centré sur les sept pêchés capitaux, il devient instantanément un classique du film de serial killer. Mettant en vedette Brad Pitt et Morgan Freeman, il pose aussi un regard désespéré et très sombre sur la société.

Après le choc Seven, David Fincher prend tout le monde à contre-pied en réalisant, deux ans plus tard, The Game. Avec ce thriller manipulateur porté par Michael Douglas, qui ne remporte pas le même succès critique et public, le cinéaste creuse un peu plus son oeuvre désenchantée sur le monde contemporain. Il s'attaque ensuite en 1999 à la réalisation de Fight club. Adaptation d'un roman de Chuck Palahniuk, le film, sulfureux et très vite culte, ne laisse personne indifférent. Pour l'occasion, Fincher retrouve Brad Pitt et confie à Edward Norton le rôle principal.

Visiblement désireux de ne pas se replonger dans une œuvre aussi polémique, David Fincher réalise en 2002 Panic room, thriller très classique en forme de huis-clos dans lequel évoluent notamment Jodie Foster et Forest Whitaker. Après une parenthèse de cinq ans marquée par la réalisation de clips et l'avortement de son M : i : III (pour divergences artistiques avec Tom Cruise), David Fincher revient sur le devant de la scène en 2007 avec l'ambitieux Zodiac, centré sur les agissements d'un des plus célèbres tueurs de l'Histoire des Etats-Unis. Il enchaîne immédiatement avec la réalisation du film fantastique L'Etrange histoire de Benjamin Button, qui marque sa troisième collaboration avec Brad Pitt.

Avec son film suivant, The Social Network, Fincher se centre sur la création du réseau social Facebook. En découle un portrait mordant de son créateur Mark Zuckerberg, interprété par Jesse Eisenberg. En 2011, il met en scène une nouvelle adaptation du premier tome de la trilogie Millenium de Stieg Larsson : Millenium : Les hommes qui n’aimaient pas les femmes, avec Daniel Craig et Rooney Mara. En 2014 sort en salles le thriller Gone Girl, dans lequel Ben Affleck cherche par tous les moyens à savoir ce qui est arrivé à sa femme (Rosamund Pike) qui a mystérieusement disparu. Avec 367 millions de dollars de recettes mondiales, le film (par ailleurs très bien reçu par la presse) constitue le plus gros succès de son réalisateur.

Parallèlement à sa carrière au cinéma, David Fincher tente l'aventure du petit écran, en produisant la série politique House of Cards portée par un Kevin Spacey en très grande forme. Mais également Mindhunter, qui nous plonge dans l'univers des tueurs en séries ayant réellement existés aux Etats-Unis.

Fin 2020, le metteur en scène livre son nouveau long métrage, Mank, via la plateforme Netflix. Un projet qu'il mûrit depuis le début des années 1990 et qui se centre sur le scénariste de l'ombre Herman J. Mankiewicz, ayant écrit Citizen Kane. Filmé dans un superbe noir et blanc, ce film sur les coulisses du cinéma permet à Gary Oldman de livrer une prestation saisissante dans la peau du rôle-titre. Fincher revient ensuite à nouveau à la thématique criminelle avec un autre projet de longue date (toujours pour Netflix) : The Killer, un thriller adapté de la série de bandes dessinées "Le Tueur" des Français Alexis Nolent et Luc Jacamon.