Musicien de formation et diplômé de l'IDHEC, Alain Corneau débute sa carrière au cinéma en devenant en 1970 le premier assistant de Costa-Gavras sur L'Aveu. C'est l'occasion pour lui de travailler une première fois avec Yves Montand qu'il dirigera par la suite à trois reprises. Egalement assistant de Nadine Trintignant pour Ca n'arrive qu'aux autres, il co-écrit avec elle Défense de savoir en 1973. Cette même année, il réalise son premier film : France, société anonyme. Entre polar et science-fiction, ce long métrage déroute et subit une interdiction aux moins de seize ans. Le public n'adhère pas mais Alain Corneau trouve sa voie dans le registre policier. C'est ainsi qu'en 1976, il s'inspire du personnage de L'Inspecteur Harry pour sa deuxième réalisation, Police Python 357, un petit bijou du polar superbement interprété par Yves Montand. Les deux hommes collaboreront à nouveau sur La Menace (1977) et Le Choix des armes (1981), deux autres classiques du film noir à la française. Entre-temps, Alain Corneau signe l'adaptation de Série noire (1979), film pour lequel la prestation de Patrick Dewaere en représentant de commerce au bout du rouleau est unanimement saluée par la critique.

A partir des années 80, le réalisateur s'essaie à d'autres genres, mettant en scène la prestigieuse fresque coloniale Fort Saganne (1984), filmant la société indienne dans Nocturne indien (1989) et remportant le César du Meilleur film en 1992 pour le long métrage d'époque Tous les matins du monde. Après l'autobiographique Nouveau monde (1995), Alain Corneau retourne au film policier avec Le Cousin (1998) et offre ainsi aux comiques Alain Chabat et Patrick Timsit la possibilité de s'illustrer dans des rôles à contre-emploi. Son film suivant, l'ambitieux Prince du Pacifique, réalisé en 2000 avec le même Patrick Timsit et son complice Thierry Lhermitte, se solde quant à lui par un échec, tant commercial que critique.

Le cinéaste abandonne alors la comédie à gros budget au profit d'oeuvres plus intimistes comme Stupeur et tremblements (2003), adapté du roman homonyme d'Amélie Nothomb, ou Les Mots bleus (2005), inspiré de l'ouvrage homonyme de Dominique Mainard. L'année suivante, Alain Corneau concrétise un rêve vieux de trente ans en transposant à l'écran le livre de son ami José Giovanni, Le Deuxième souffle. Ce polar est emmené par un luxueux casting composé entre autres de Daniel Auteuil, Monica Bellucci, Jacques Dutronc et Michel Blanc. Poursuivant ce retour aux sources, il met également en scène en 2009 Crime d'amour, un thriller au féminin interprété par Ludivine Sagnier et Kristin Scott Thomas.