Alors qu'il est étudiant en littérature, Arnaud des Pallières s'intéresse déjà au théâtre et à la mise en scène ; il monte notamment deux spectacles avant d'être admis à l'Institut des Hautes Etudes Cinématographiques (IDHEC), qui deviendra peu de temps après La Fémis.

Le jeune cinéaste fait ses armes en réalisant de nombreux courts métrages, et s'essaye finalement au long en 1996 avec l'exigeant Drancy Avenir, qui s'interroge sur les conséquences de l'extermination des Juifs d'Europe sur le monde contemporain. Toujours proche du documentaire, il se met pour la télévision dans la peau de l'écrivain Gertrud Stein dans Is Dead ou Portrait incomplet de Gertrud Stein (2000), avant de proposer un voyage dans le monde cauchemardesque d'un célèbre parc d'attractions dans Disneyland, mon vieux pays natal (id.).

Lorsqu'il s'agit de fiction, Arnaud s'intéresse aux destins, croisés ou non, d'hommes ordinaires ou extraordinaires (Adieu en 2004, Parc en 2006). Le réalisateur, également scénariste et monteur de tous ses films, reste cependant confidentiel. Son dernier long-métrage, Michael Kohlhaas, le fait connaître d'un public plus large : emmené par le Danois Mads Mikkelsen, le film est en compétition au Festival de Cannes en 2013. Trois ans plus tard, il revient avec Orpheline, un portrait de femme à quatre âges de sa vie avec Adèle Haenel, Adèle Exarchopoulos, Gemma Arterton et Solène Rigot.

Puis, en 2020, Arnaud des Pallières réalise Degas et moi, un court métrage qui évoque différents moments de la vie d’Edgar Degas et lève le voile sur la part d’ombre de l’artiste. Deux ans Plus tard, il s'attaque au documentaire avec l'hypnotique Journal d'Amérique et revient à la fiction avec Captives, qui s'intéresse au Bal des folles de l'hôpital de la Salpêtrière dans les années 1880, qui avait déjà fait l'objet d'un film réalisé par Mélanie Laurent. Là encore, le réalisateur s'entoure d'un casting XXL, composé de Mélanie Thierry, Josiane Balasko, Marina Foïs, Yolande Moreau ou encore Carole Bouquet.

1989 : La Mémoire d'un ange  - CM

1993 : Avant Après2 - CM 

1994 : Les Choses rouges3 - CM

1997 : Drancy Avenir - LM

2003 : Adieu - LM

2005 : Le Narrateur - CM

2009 : Parc - LM

2010 : Diane Wellington - CM

2011 : Poussières d'Amérique au programme de La Lucarne - LM

2013 : Michael Kohlhaas - LM

2016 : Orpheline - LM

2019 : Degas et moi - CM

2022 : Journal d'Amérique - LM

2023 : Captives - LM