Estudió Imagen en la Facultad de Ciencias de la Información. Comenzó su actividad como crítico cinematográfico en la Guía del Ocio de Madrid para pasar, posteriormente, al diario El País y fundar la revista Casablanca en el año 1981.

En 1974 dirigió su primer cortometraje: Óscar y Carlos, en blanco y negro. Tres años después realizó un pequeño documental titulado Úrculo (1977). Continuó con otros cortos como En legítima defensa (1978), El león enamorado (1979) y Homenage à trois (1979).

Su primer largometraje, titulado Opera prima (1980), fue producido por Fernando Colomo y ganador de la Mostra de Venecia. Con él, Trueba pasó a formar parte de la Nueva Comedia Madrileña, género también representado por el propio Fernando Colomo, Óscar Ladoire, Alberto Bermejo y José Luis Cuerda.

Viendo este gran resultado, Trueba, Colomo y Ladoire fundan la productora Ópera Films. En 1984, Trueba creará su propia productora. Fernando Trueba Producciones Cinematográficas ha financiado varios proyectos de directores como Alejandro Bermejo, Emilio Martínez Lázaro, Juamma Bajo Ulloa, Óscar Ladoire y de su hermano, David Trueba.

En 1982 dirigió Óscar y Carlos 82, cortometraje secuela del que rodó en 1974. Ese año también dirigió el documental Mientras el cuerpo aguante (1982). En 1984 realiza Sal Gorda, donde dirige a Paco Rabal y a Antonio Resines. Le sigue Sé infiel y no mires con quién (1985), con Ana Belén, Antonio Resines, Carmen Maura, Verónica Forqué, Chus Lampreave, Bibiana Fernández y Gran Wyoming en el reparto.

El año de las luces (1986) es una comedia protagonizada por Maribel Verdú, Jorge Sanz y Verónica Forqué, actriz que ganó el Goya a la Mejor Actriz de Reparto. Trueba fue premiado con el Oso de Plata en el Festival de Berlín.

En 1988 presidió durante cuatro meses la Academia de las Artes y las Ciencias Cinematográficas y realizó dos capítulos para televisión de la serie La mujer de tu vida (1988). Dos años más tarde rueda en París la película El sueño del mono loco, ganadora de seis premios Goya, entre los que destacan el de Mejor Película, Mejor Director y Mejor Guión; y debuta como director teatral con la obra El trío en mi bemol (1990), representada en el Centro Dramático Nacional.

En 1992 estrena Belle epoque, una comedia interpretada por Penélope Cruz, Jorge Sanz, Gabino Diego, Fernando Fernán Gómez, Miriam Díaz Aroca, Ariadna Gil, Maribel Verdú, María Galiana, etc. La película fue galardonada con nueve Premios Goya, entre ellos, el de Mejor Película y Mejor Director. En 1994, el filme gana el Óscar a la Mejor Película de Habla No Inglesa. Trueba se convierte, de este modo, en el tercer director español premiado por la Academia de Hollywood, después de Luis Buñuel y José Luis Garci.

En 1993 regresa a televisión con la dirección de El peor programa de la semana en TVE, presentado por Gran Wyoming. Dos años después dirige a Antonio Banderas y Melanie Griffith en la comedia Two Much (1995). En 1996, Trueba es condecorado con la insignia de Caballero de la Orden de las Artes y las Letras en Francia. Ese mismo año también se le concede la Medalla de Oro a las Bellas Artes en España. En 1997 presenta su Diccionario de cine, cuya versión corregida y ampliada ha publicado en 2006 con el objeto de actualizar y recoger las enormes transformaciones que el mundo audiovisual ha sufrido en estos años.

Otro de sus filmes más destacados es La niña de tus ojos (1998), protagonizada por Penélope Cruz, una bailarina flamenca que viaja a la Alemania nazi para rodar una película. El filme obtuvo siete premios Goya, entre ellos, los de Mejor Película y Mejor Interpretación Femenina. Dos años después Trueba dirige el documental Calle 54 (2000), que obtuvo el Premio Alma y el Premio Goya al Mejor Sonido. Trueba fue galardonado con el Premio de la Audiencia en el Festival de Cine de Miami (Estados Unidos). Con su siguiente trabajo El embrujo de Shanghai (2002), también consiguió tres Goyas: el de Mejor Diseño de Vestuario, Mejor Maquillaje y Peluquería y Mejor Dirección Artística. El largometraje adaptó la novela de Juan Marsé del mismo nombre. Al año siguiente Trueba hace una incursión musical y dirige Blanco y negro (2003), donde aparecen Diego El Cigala y Bebo Valdés, quien también protagonizó el documental de temática musical de Trueba El milagro de Candeal (2004), junto a Carlinhos Brown.