Jean-Charles Fitoussi appartient à la promotion 1991 de l'école Polytechnique.

Pendant son service militaire, il réalise un court métrage Les EnvahissEORs (en pastiche de la série Les Envahisseurs), avec comme acteurs et figurants les appelés du contingent, du régiment du Train, à Angers.

Lors de son cursus à l'X, il suit des cours de philosophie à la Sorbonne, et d'architecture à l'École nationale supérieure d'architecture de Paris-Belleville, sous l'enseignement du célèbre architecte Henri Ciriani.

Sur le campus de l'X, il tourne son premier film en 16 mm, Aura été, en 1994, et son second, D'ici là, l'année suivante à Rome. De façon générale, il tourne ses films en plusieurs étapes de tournage, qui peuvent s'étaler sur plusieurs années.

Il est assistant de Jean-Marie Straub et Danièle Huillet de 1996 à 2007, et réalise un film documentaire sur leur méthode de travail, Sicilia! Si gira, en 2001.

Son premier long métrage, Les jours où je n'existe pas, sorti en 2003, est l'adaptation libre d'une nouvelle de Marcel Aymé. Explorant les sentiers du cinéma fantastique, il remporte un succès critique ainsi que le grand prix du festival de Belfort et celui du meilleur long métrage Cinemavvenire au festival de Turin.

Le Dieu Saturne, moyen métrage, est ensuite réalisé dans le cadre d'une série commandée par la chaîne de télévision Arte puis présenté à la Quinzaine des réalisateurs au festival de Cannes en 2004.

Il est pensionnaire de la villa Médicis en 2005 et y réalise Nocturnes pour le roi de Rome, premier film entièrement tourné avec une caméra de téléphone portable, qui est sélectionné au festival de Cannes à la Semaine internationale de la critique en 2006.

En 2008 il réalise à Kyôto, en résidence à la villa Kujoyama, pour la deuxième fois avec une caméra de téléphone mobile, un ensemble de miniatures regroupées sous le titre Temps Japonais, dont certaines composent sous ce même titre un film à durée et « géométrie variable » au gré des projections.

Je ne suis pas morte est présenté en 2008 au festival de Locarno, primé à Mar del Plata et au festival international du film Entrevues à Belfort (prix Gérard Frot-Coutaz)

L’ensemble de ses films s’inscrit dans une série intitulée Le Château de Hasard. Une première partie où un premier cycle est désigné Le rez-de-jardin. Les films suivants s'inscrivent dans d'autres cycles intitulés Dépendances puis Premier étage. En 2014, du 22 janvier au 2 février, Le Château de Hasard est projeté dans une rétrospective intégrale à la Cinémathèque française en présence du cinéaste. L'œuvre est en cours.

1994 : Aura été, super 16 mm, couleur, 28 min
1997 : D'ici là, 16 mm gonflé en 35 mm, couleur, 58 min
2001 : Sicilia! Si gira, documentaire, vidéo, couleur, 82 min
2002 : Les jours où je n'existe pas, 35 mm, couleur, 114 min
Grand prix au festival de Belfort 2002
2004 : Le Dieu Saturne, 35 mm, couleur, 40 min
2006 : Nocturnes pour le roi de Rome, vidéo, couleur, 70 min
2007 : Bienvenue dans l'éternité, vidéo, couleur, 42 min
2008 : Temps japonais, vidéo, couleur, durée variable
2008 : Je ne suis pas morte (1/ Par les beaux soirs d'été, 2/ Le Chant des séparés, 3/ Par des chemins étranges), 35 mm, couleur, 190 min
Meilleur film français au festival de Belfort 2008
Prix de la critique au festival international du film de Mar del Plata 2008
2009 : Espoir pour les générations futures, vidéo, couleur, 9 min
2010 : Interludes ou Les Animaux panchroniques, vidéo, couleur, 40 min
2012 : L'Enclos du temps, DCP, couleur, 67 min
Prix Jean-Vigo 2013
2014 : De la musique ou La Jota de Rosset, DCP, couleur, 92 min