Родился Алехандро Аменабар в Сантьяго. Отец — чилиец, мать — испанка. В 1973 году эмигрировал в Испанию.
Поступил в 1990 году в Мадридский университет Комплутенсе. Начав снимать короткометражные фильмы, бросил университет.
За первый короткометражный фильм «Голова» получил премию в 1991 году Независимой ассоциации непрофессиональных кинодеятелей (AICA). Год спустя другая его короткометражка — «Перепончатокрылый» завоевала премии кинофестивалей в Карабанчеле и Эльче. В 1994 году фильм, «Луна» добыл премию Луиса Гарсии Берланги,.
Первый полнометражный фильм, «Диссертация». Сюжет этого странного и необычного триллера разворачивается на одном из факультетов информационных наук Мадридского Университета Комплутенсе, а один из его героев получил имя профессора факультета, у которого режиссер провалился на экзамене. Фильм привлёк внимание очень многих критиков на Берлинском кинофестивале, а на родине у себя получил фильм семь премий Гойя, за удивительный сценарий, режиссёрский дебют и лучший фильм.
На экраны вышел фильм в 2004 году «Море внутри», повествующий о жизни парализованного Рамона Сампедро (исполнил роль Хавьер Бардем). В Венеции на фестивале фильм получил специальную премию жюри (вторая на фестивале), а Хавьер Бардем получил «Кубок Вольпи» как лучший актёр. Фильм в 2005 году завоевал «Оскар» как «лучший иностранный фильм».
Известные фильмы Аменабара: Голова, Луна, Открой глаза, Язык бабочек, Другие, Море внутри, Агора, Перепончатокрылый, Диссертация, Никто никого не знает.
