Paul Cox part de son pays natal les Pays-Bas pour approfondir ses études de photographie à l'Université de Melbourne en Australie. Il commence par gagner sa vie comme photographe tout en réalisant de multiples courts métrages.
Il signe son premier long métrage Illuminations en 1976 et commence à être reconnu internationalement grâce à L' Homme aux fleurs en 1983, et surtout Cactus (1986) avec Isabelle Huppert, présenté à la Quinzaine des réalisateurs sur la Croisette. Mais il faut attendre Innocence (2001) pour que l'un de ses films soit à nouveau distribué dans le monde entier.
Tournant beaucoup avec peu de moyens, produisant lui-même ses films avec des acteurs de prédilection (Sheila Florance, Norman Kaye, Julia Blake), Paul Cox s'est imposé comme un réalisateur majeur en Australie, apprécié pour ses drames psychologiques aux références picturales abondantes.