Estudió Filosofía y Letras en Madrid y se graduó como realizador en 1970 en la Escuela Oficial de Cinematografía de la capital. Su primer cortometraje fue El último día de la humanidad (1969). Después realizó el mediometraje Hansel y Gretel, basado en el cuento de los hermanos Grimm, ambos en 1969. Al año siguiente rueda Cátedras ambulantes (1970) y en 1971, El Cordobés, el cortometraje en blanco y negro sobre el torero Manuel Benítez.

Su primer largometraje, Habla mudita (1973), refleja el universo opuesto de un intelectual y una pequeña campesina, con mentalidades completamente diferentes. El filme obtuvo el Premio de la Crítica en el Festival de Berlín.

En 1975 escribió el guión de Furtivos, una película de José Luis Borau ganadora de la Concha de Oro en el Festival de Cine de San Sebastián.

Borau le ayudó a escribir el guión de Camada negra (1977), una película sencilla y esquemática que trata el tema del fascismo y que será galardonada con el Oso de Plata a la Mejor Dirección en el Festival de Berlín. Su siguiente trabajo, Sonámbulos (1978), fue premiado con la Concha de Plata a la Mejor Dirección en el Festival de San Sebastián.

En 1979, Gutiérrez Aragón prueba suerte como director teatral escenificando El proceso, de Franz Kafka (1883–1924). Ese mismo año rueda El corazón del bosque (1979), que narra la historia de un maquis antifranquista. En 1980 dirige Maravillas, una película sobre los descubrimientos de la adolescencia en un contexto judío. Al año siguiente participa, junto a Jaime Chávarri, Emiliano de Pedraza, Teodoro Escamilla, José Luis García Sánchez, Carles Mira, Miguel Ángel Pacheco y Gonzalo Suárez en la dirección del filme colectivo Cuentos para una escapada (1981). El segmento que él rodó fue Pruebas para niños.

En 1982 estrena en el teatro María Guerrero de Madrid, la obra Morirás de otra cosa. En 1983 filmó Demonios en el jardín, ambientada en el régimen franquista de los años 50. En el reparto figuran Ana Belén, Imanol Arias y Ángela Molina. La película fue galardonada por el Círculo de Escritores Cinematográficos de España y ganadora del Festival de Cine de Moscú y del Gran Premio de la Crítica Internacional en el Festival de Cine de San Sebastián.

Gutiérrez Aragón dirigió Feroz en 1984, en cuyo guión colaboró Elías Querejeta. La película está protagonizada por Fernando Fernán Gómez.

La noche más hermosa (1986) incluye en el reparto a José Sacristán, Victoria Abril, Bibiana Fernández, Juanjo Puigcorbé, Fernando Fernán Gómez y al cineasta de origen argentino León Klimovsky.

La mitad del cielo (1986), que está protagonizada por Ángela Molina, consiguió la Concha de Oro en el Festival de Cine de San Sebastián. Malaventura (1988), película en la que actúa Icíar Bollaín, fue nominada al Goya a la Mejor Fotografía.

En 1991, realizó para TVE El Quijote de Miguel de Cervantes, a partir de un guión de Camilo José Cela (1916–2002). Actuaron Fernando Rey, Alfredo Landa, Aitana Sánchez–Gijón, José Luis López Vázquez y Héctor Alterio. La serie ganó el TP de Oro a la Mejor Serie Dramática Nacional. En 1993, es elegido Presidente de la Sociedad General de Autores (SGAE); cargo que ocupará hasta 2001 cuando es elegido Presidente de la Fundación Autor.

Rafael Azcona colaboró en el guión de El rey del río (1995). Gutiérrez Aragón dirigió en esta película a Alfredo Landa, Carmen Maura, Gustavo Salmerón, Achero Mañas y María Galiana.

Después rodó Cosas que dejé en La Habana (1997), con la que Gutiérrez Aragón obtuvo la Espiga de Plata en el Festival de Cine de Valladolid. Un año más tarde, lleva a cabo la dirección escénica de El Rey de Harlem (1998), una ópera basada en un texto de Federico García Lorca (1898–1936) y representada en el Festival de Teatro de Granada y en el Teatro de La Zarzuela de Madrid.

En el año 2000, es nombrado Presidente de la Federación Europea de Realizadores Audiovisuales (FERA) y en 2001 es elegido miembro de la Academia de las Artes de San Fernando al tiempo que rueda Visionarios (2001), protagonizada por Eduardo Noriega, además de Emma Suárez y Fernando Fernán Gómez.

Sus siguientes filmes son El caballero Don Quijote (2002), protagonizada por Juan Luis Galiardo (Don Quijote) y el actor y director novel Carlos Iglesias (Sancho Panza); La vida que te espera (2004) y Una rosa de Francia (2005), esta última rodada en Cuba, la tierra de donde provenían sus ancestros. En 2005 recibió el Premio Nacional de Cine en cuyo acto de entrega el director cántabro reflexionó ante la exigencia por parte de los cineastas españoles de la regulación del mercado cinematográfico señalando que “el día que el cine no sea contestatario, disidente y crítico dejará de ser cine”.

Su siguiente trabajo es el drama Todos estamos invitados (2007), protagonizado por Óscar Jaenada y cuyo guión ha coescrito junto a la actual Presidenta de la Academia de Cine española Ángeles González–Sinde. Cuenta la historia de un joven terrorista, Josu Jon (Jaenada), que tras cometer un atentado es perseguido por la policía y sufre un accidente de tráfico que le ocasiona una pérdida de memoria. En el centro de rehabilitación conoce a Francesca, novia de un profesor universitario, Xavier Legazpi, amenazado de muerte por no callar sus opiniones en contra del terrorismo.