Née d'un père homme d'affaires et d'une mère infirmière, Lana Wachowski abandonne rapidement ses études, comme sa soeur Lilly, pour se consacrer au cinéma. Après un premier scénario rejeté par Hollywood mais dans lesquels les producteurs décèlent déjà une qualité certaine, les Wachowski couchent sur papier l'histoire d'Assassins (1995), centré sur un duel entre deux tueurs à gages (Sylvester Stallone et Antonio Banderas). Si leur script est largement retouché et sa noirceur atténuée, le tandem fait toutefois, avec ce film, son entrée dans le monde du cinéma et rencontre le prolifique Joel Silver, producteur du métrage.

Décidées à tourner leurs films comme elles l'entendent, Lana et Lilly frappent un (premier) grand coup en 1996, avec le sulfureux Bound dont elles signent le scénario, la mise en scène et la production, et qui est bien reçu par le public et la critique. Elles reviennent vers Joel Silver avec un scénario qu'elles développent depuis cinq ans, dans lequel elles insufflent leur passion de la philosophie, de la mythologie, des mangas, des films hongkongais et du cinéma de science-fiction. A l'été 1999, Matrix est à la fois un carton au box-office (456 millions de dollars de recettes mondiales) et une révolution cinématographique.

Assistées de Joel Silver, elles se lancent dans l'écriture et la pré-production de Matrix reloaded et Matrix revolution, second et troisième volets de leur trilogie futuriste. Un long travail suivi d'un tournage simultané de 270 jours, pour une sortie événement en mai et novembre 2003. Parallèlement, elles participent à l'élaboration des comics tirés de la saga, imaginent le programme de courts métrages animés The Animatrix (signant le scénario de quatre des neuf segments qui le composent) et écrivent l'histoire de Enter the Matrix, un jeu vidéo pour lequel elles tournent une heure de scènes exclusives.

Outre leur statut de réalisatrices, Lana et Lilly n'hésitent pas à produire des longs métrages et à les scénariser, comme avec V pour Vendetta de James McTeigue. On les retrouve en 2008 pour Speed Racer, l'adaptation du dessin animé du même nom, dans lequel leur patte futuriste et leur amour pour les couleurs vives s'illustrent pleinement. Mais, contre toute attente, le blockbuster est un échec cuisant en salles.

Relevant un nouveau défi, les Wachowski adaptent pour le grand écran le roman de David Mitchell Cloud Atlas, une fresque monumentale dans laquelle s'entrecroisent six récits à six époques différentes, qu'elles co-réalisent avec Tom Tykwer. Très original mais rencontrant un succès public assez léger, le long métrage marque l'ambition qui anime les films des Wachowski.

Lana et Lilly enchaînent avec Jupiter Ascending, dont elles écrivent le scénario et recrutent leurs collaborateurs habituels, notamment John Gaeta pour les effets visuels et Kym Barrett pour les costumes. A sa sortie, ce blockbuster emmené par les très demandés Channing Tatum, Mila Kunis et Eddie Redmayne récolte "seulement" 180 millions de dollars de recettes mondiales (pour un budget de 176 millions).

Après ce nouvel échec, les Wachowski créent la série de science-fiction Sense8 (2015 - 2018), dans laquelle huit individus aux quatre coins du monde sont connectés par une violente vision : ils se retrouvent capables de se voir, se sentir, s'entendre et se parler comme s'ils étaient au même endroit... Puis, Lana se lance en solo dans le quatrième opus de la saga Matrix : Matrix Resurrections, toujours avec Keanu Reeves et Carrie-Anne Moss, mais sans Laurence Fishburne et Hugo Weaving (on y retrouve toutefois le personnage de Morpheus jeune joué par Yahya Abdul-Mateen II).