Elève à l'Ecole Nationale de Cinéma Louis Lumière dont il sort diplômé en 1975, Yves Angelo débute sa carrière en tant qu'opérateur sur le film L' Adolescente de Jeanne Moreau. Il se fait rapidement remarquer et enchaîne les tournages en tant que cadreur puis directeur de la photographie. Il travaille ainsi avec de nombreux réalisateurs reconnus comme Jacques Deray (Netchaïev est de retour), Claude Miller (L' Accompagnatrice), ou encore Claude Sautet (Un coeur en hiver). Son travail est finalement récompensé par trois Césars de la meilleure photographie pour Nocturne indien en 1990, Tous les matins du monde en 1992 et Germinal en 1994.
Fort de ses expériences il se lance dans la réalisation en 1993 avec Le Colonel Chabert, qui lui vaut plusieurs nominations aux Césars dont une dans la catégorie meilleure première oeuvre. Sans renouer avec le succès de son premier film, ses autres réalisations sont l'occasion de diriger des comédiens de renoms tels André Dussollier, Fabrice Luchini ou encore Emmanuelle Béart. Parallèlement à sa nouvelle carrière d'auteur réalisateur, Yves Angelo continue d'exercer en tant que directeur de la photographie et travaille notamment à plusieurs reprises avec Alain Corneau (Stupeur et tremblements, Les Mots bleus) auquel il reste fidèle.
En 2005, il réalise Les Ames grises, adapté du roman homonyme de Philippe Claudel, un drame emmené par Jean-Pierre Marielle et Jacques Villeret se déroulant pendant la Première Guerre mondiale, une époque qu'il avait déjà évoquée dans Un air si pur en 1997. Si Yves Angelo fait des incursions de plus en plus fréquentes en tant que réalisateur, il continue à officier comme directeur de la photographie en travaillant de nouveau avec Alain Corneau avec qui il collabore sur ses deux derniers films, Le Deuxième Souffle en 2007, remake du film du même nom réalisé par Jean-Pierre Melville ainsi que le thriller Crime d'amour avec Kristin Scott Thomas et Ludivine Sagnier en 2010. Parmi les autres cinéastes avec qui il a l'habitude de travailler, on retrouve François Dupeyron en 2008 avec la comédie dramatique Aide-toi le ciel t'aidera, dix-sept ans après avoir collaboré ensemble sur Un Coeur qui bat. Les deux hommes se retrouvent également en 2013 sur Mon âme par toi guérie, adaptation du roman du même nom du réalisateur.
En tant que réalisateur, Yves Angelo travaille surtout ces années-là pour la télévision en signant des documentaires et des téléfilms tels que La Bonté des femmes qu'il coréalise avec Marc Dugain ainsi que Des Fleurs pour Algernon, l'adaptation du célèbre roman de Daniel Keyes où il dirige Grégory Gadebois. Il retrouve l'acteur en 2015 pour son nouveau long métrage de cinéma, Au plus près du soleil, dans lequel il dirige également Sylvie Testud, l'une des actrices fétiches d'Alain Corneau qu'il avait déjà croisée sur le tournage de Stupeur et tremblements et des Mots Bleus.