Il étudie le cinéma à l'INSAS de Bruxelles avec André Delvaux et réalise son premier court-métrage, L'babou, en 1970, avant d'être remarque par un second court, "La Pierre qui flotte", l'année suivante. La fiction est sélectionnée à la Quinzaine des réalisateurs de Cannes mais ne remportera pas de prix. 

Toujours dans le format court, Jean-Jacques Andrien écrit, réalise et produit "Le rouge, le rouge et le rouge" (1972), également présenté dans la même catégorie cannoise. L'année suivante, il monte la société de production Les Films de la Drève, dans laquelle il assume depuis la fonction d’administrateur-délégué. Cette même année, il lance, avec Hassan Daldoul, l’établissement des accords de coproduction cinématographiques entre la Tunisie et la Belgique. Ce nouveau cadre de production lui permet de tourner en 1974 son premier long-métrage, Le fils d'Amr est mort, dont le rôle principal revient à Pierre Clémenti. Le film reçoit le Grand Prix du Festival International de Locarno (1975) et se retrouve sélectionné dans nombre de prestigieux festivals dont ceux de Londres, Téhéran, Belgrade, Los Angeles et Sydney. 

Sa première oeuvre phare, qui fera dire de plus d'un critique qu'il est le premier véritable cinéaste wallon, est un docu-fiction, réalisé sur quatre ans. Le Grand paysage d'Alexis Droeven, sorti en 1981, de nouveau produit et scénarisé par Andrien, interprété par Jerzy Radziwilowicz, Nicole Garcia et Maurice Garrel, s'attache à mettre en avant la situation agricole belge vis-à-vis de la politique agricole commune mise en place par l'Europe. Se lançant finalement dans le cinéma documentaire, il sort en 1984 Mémoires, moyen-métrage se penchant sur les Flamands francophones ostracisés. 

Comme Jean-Jacques Andrien l'avait d'abord fait avec la Tunisie, il met en place, avec Jean-Louis Porchet, des accords de coproduction entre la Suisse et la Belgique en 1985. Deux ans plus tard, il écrit avec Jean Gruault et Jacques Audiard son troisième long métrage, Australia, dans lequel on retrouve Jeremy Irons et Fanny Ardant. Il s'investit de plus en plus les années suivantes dans la production, via sa société Les Films de la Drève et finance notamment le premier long-métrage de Lucas Belvaux, Parfois trop d'amour (1991). Il produit par la suite Yasmine Kassari dans son incursion cinématographique, d'abord court, puis long, avec Quand les hommes pleurent (1998). Oeuvre documentaire, il se fera aussi producteur de fiction pour la réalisatrice, comme avec L'enfant endormi (2004) qui obtient plus de quarante Prix dans les festivals internationaux dont celui du Meilleur film européen à la Mostra de Venise.

De 2007 à 2012, il écrit et réalise Il a plu sur le grand paysage, documentaire qui fait immédiatement suite au Grand paysage d'Alexis Droeven.