Nach dem Studium an der Pariser Filmhochschule feierte Costa-Gavras 1965 sein Regie-Debüt mit Mord im Fahrpreis inbegriffen. Der internationale Durchbruch gelang ihm 1969 mit dem Politthriller Z , für den er mit zwei Oscar-Preisen ausgezeichnet wurde: Bester Regisseur und Bestes Drehbuch. Zu seinem umfangreichen Werk gehören unter anderem Missing (1981, mit Jack Lemmon und Sissy Spacek, Oscar für das Beste Drehbuch, Goldene Palme sowie Jack Lemmon Bester Darsteller Cannes 1982) über den Militärputsch in Chile, Verraten (1988, mit Debra Winger und Tom Berenger) über Rassismus in den USA sowie Music Box (mit Armin Mueller-Stahl und Jessica Lange), für den Costa-Gavras den Goldenen Bären bei der Berlinale 1990 erhielt.2002 war Costa-Gavras im Wettbewerb der Berlinale mit Amen (mit Ulrich Tukur und Ulrich Mühe) vertreten. Die Verfilmung des Theaterstücks "Der Stellvertreter" von Rolf Hochhuth thematisiert die Verstrickungen der katholischen Kirche in den Nationalsozialismus.
Nach seiner Jury-Tätigkeit bei den 58. Internationalen Filmfestspielen Berlin beginnt Costa-Gavras im März 2008 mit den Dreharbeiten für seinen nächsten Film. Mit Eden is West dreht er erstmals nach fast 40 Jahren wieder in seinem Heimatland Griechenland.