Lisandro Alonso étudie pendant trois ans à l'Universidad del ciné (l'Université du cinéma) et devient à partir de 1995 assistant réalisateur sur plusieurs longs métrages. La même année, il coréalise avec Catriel Vildosola un court-métrage intitulé Dos en la vereda (Deux sur le trottoir).

En 2001, il réalise La Libertad, son premier long métrage, qui évoque la paisible vie d'un bûcheron argentin. Trois ans plus tard, le réalisateur revient avec Los Muertos, drame sur la quête d'un cinquantenaire sorti de prison, pour retrouver sa fille. Restant dans le même registre, il signe ensuite Fantasma (2006) et Liverpool (2009) qui mettent à nouveau en scène des hommes tentant de réparer leurs erreurs passées.

Après un passage par la case "court-métrage" avec Sin título (Carta para Serra) (2011) Lisandro Alonso revient au long en 2015, avec le drame sur fond de western, Jauja. Il y dirige, entre autres, Viggo Mortensen dans le rôle principal.