Nació en Huesca el 4 de enero de 1932. Recién finalizado el bachillerato, comenzó a aficionarse a la fotografía. Abandonaría sus estudios de ingeniería industrial para ingresar en el Instituto de Investigaciones y Experiencias Cinematográficas de Madrid, donde obtuvo el diploma de Dirección cinematográfica.
En noviembre de 1992 le es concedida la Medalla de Oro de la Academia de las Ciencias y las Artes Cinematográficas de España. Asimismo, se le han otorgado importantes condecoraciones por parte de los gobiernos francés (en agosto de 1993 se le impone la Orden de Artes y Letras de Francia) e italiano (Gran Oficial de la Orden al Mérito de la República Italiana), así como los galardones más importantes que concede el Estado Español. En marzo de 1994 fue investido doctor honoris causa por la Universidad de Zaragoza. Saura tiene también una importante obra como fotógrafo y es autor de novelas traducidas a más de 20 lenguas, como Esa Luz, Elisa, vida mía o Pajarico solitario.
Con la directora Adela Medrano tuvo dos hijos, Carlos y Antonio Saura Medrano. Convivió con Geraldine Chaplin durante más de una década y de esta relación en 1974 nació su hijo Shane. En 1978 comienza su relación con Mercedes Pérez (1960), con la que contrae matrimonio en 1982 y con la que tiene tres hijos, Manuel (1981), Adrián (1984) y Diego (1987). En 2006 se casó con la actriz Eulalia Ramón, con la que tiene una hija llamada Anna.
Es hermano del pintor Antonio Saura.
