Né en Argentine, Gaspar Noé passe son enfance entre Buenos Aires et New York. A l'âge de 12 ans, il arrive en France. Après des études de philosophie et de cinéma à l'Ecole Louis Lumière de Paris, il réalise ses premiers courts métrages dans les années 80 : Tintarella di luna et Pulpe amere. En 1991, il crée sa propre société de production Les Cinémas de la zone, avec sa compagne Lucile Hadzihalilovic et réalise le moyen métrage, Carne, l'histoire d'un boucher qui élève seul sa fille handicapée mentale. Le film obtient le Prix de la semaine de la Critique et la Mention du Prix de la Jeunesse au Festival de Cannes.

Gaspar Noé tente alors de produire une version longue de ce film sans pourtant parvenir à réunir les fonds nécessaires. Après une apparition dans le Dobermann de son ami Jan Kounen, il entreprend de produire La Bouche de Jean-Pierre, réalisé par Lucile Hadzihalilovic. Grâce à l'aide financière de la styliste Agnès B., il parvient deux ans plus tard à achever Seul contre tous, la suite de l'errance de ce boucher qui a désormais perdu son travail et va se réfugier dans la haine et la violence. Présenté à Cannes en 1998, le film fait scandale en raison de son ambiguïté idéologique.

En 2002, Noé choque à nouveau avec Irréversible, également présenté en compétition officielle à Cannes, dans lequel le couple star Vincent Cassel et Monica Bellucci campe un couple confronté au viol et à la vengeance froide et sauvage.

Gaspar Noé choisit ensuite d'orienter sa carrière vers le court métrage. Dans le cadre d'un projet de lutte contre le sida intitulé 8 (un long métrage composé de plusieurs segments réalisés par différents metteurs en scène), il réalise "SIDA" en 2005, relatant le quotidien d’un burkinabé atteint de cette maladie. La même année, il tourne "We Fuck Alone", un film pornographique réalisé pour le collectif Destricted, questionnant la représentation de la sexualité à l'écran. Parmi les cinéastes ayant participé à ce projet, étaient présents Larry Clark (Bully en 2001, Ken Park en 2002, etc.) et Sam Taylor-Wood (Nowhere Boy en 2009, etc.).

En 2007, après plusieurs tentatives, il débute enfin le tournage d'Enter the Void, un long métrage mêlant science fiction et drame qui se déroule à Tokyo et dont la sortie en salles est prévue pour 2010. Nonobstant la réputation sulfureuse de Noé à Cannes depuis Irréversible, le film y est projeté à l'occasion du 62ème festival, en 2009.

Les années qui suivent marquent la participation de Gaspar Noé à différents films à sketches avec une prédisposition marquée une nouvelle fois pour le cinéma de genre, comme pour le projet collectif 42 One Dream Rush (2009) ou The Theatre Bizarre 2 : Grand Guignol (2013). Le cinéaste prend également part au film collectif 7 jours à la Havane (2012) auquel participent d'autres grands noms du cinéma mondial comme le Français Laurent Cantet, le Chilien Pablo Trapero ou l'Israélien Elia Suleiman.

Il faut attendre 2015 pour que Gaspar Noé revienne avec un nouveau long-métrage. Une fois n'est pas coutume, le réalisateur livre avec Love un film sulfureux dont lui seul a le secret puisqu'il y est question d'un ménage à trois tourné en 3D. Forcément très attendu, le film a de nouveau les honneurs du Festival de Cannes et se retrouve présenté en séance de minuit. Il revient trois ans plus tard sur la croisette (à la Quinzaine) avec Climax, centré sur une fête fiévreuse et tourbillonnante, à base de plans-séquences hypnotiques et avec un casting composé de danseurs professionnels (excepté Sofia Boutella).

En 2022, Gaspar Noé change radicalement de registre avec Vortex, un film tout public centré sur des personnes âgées. Il explique : "La vieillesse génère des situations bouleversantes dans lesquelles ceux qui vous ont le plus protégé retournent à leur tour en enfance. J’ai donc imaginé un film à la narration on ne peut plus simple avec un personnage en état de décomposition mentale perdant l’usage du langage, et son petit-fils qui, lui, ne le maîtrise pas encore, comme les deux extrêmes de cette brève expérience qu’est la vie humaine." Pour l'occasion, il confie les rôles principaux à Françoise Lebrun, Dario Argento et Alex Lutz.