David Ayer aime les ambiances urbaines et être au cœur de l'action. Adolescent, le jeune David arrive à Los Angeles avec sa famille. Ils s'installent dans un quartier mal famé de la ville, à South Central. C'est dans ce quartier que David va fréquenter la lie de l'humanité, notamment en observant la corruption régnant au sein de la police. Ces expériences deviennent une source d'inspiration pour le cinéaste.

En effet, dès l'âge de 18 ans, Ayer s'engage dans la marine en tant qu'officier sonar dans un sous-marin militaire. De ce passage dans l'armée, le metteur en scène tire le scénario du film U-571, réalisé par Jonathan Mostow en 2000. David Ayer décide d'embrasser une carrière de scénariste tout de suite après sa sortie de l'armée. C'est sous l'impulsion de son ami scénariste et mentor Wesley Strick (Les Nerfs à vif, Wolf...), que David perce à Hollywood.

Après le réussi U-571 qui relance le genre du film de sous-marin en se focalisant sur le huis-clos angoissant, Ayer signe le script du très violent et ultra-réaliste Training Day dirigé par Antoine Fuqua en 2001. Avec ce film, le cinéaste plonge le public au cœur de la police de Los Angeles en suivant le quotidien d'un jeune flic idéaliste (Ethan Hawke) aux prises avec son équipier brutal et corrompu jusqu'à l'os (Denzel Washington, magistral, reçoit l'Oscar du meilleur acteur pour ce rôle). La même année, Ayer change totalement de registre mais reste dans l'univers urbain en signant le scénario de Fast & Furious de Rob Cohen. Le film rencontre un succès phénoménal, fait de Vin Diesel une star, et termine d'asseoir la réputation d'Ayer à Hollywood.

En 2003, David Ayer continue dans le film d'action musclé en écrivant le script de S.W.A.T. unité d'élite de Clark Johnson, avec Samuel L. Jackson et Colin Farrell. Le long métrage ne fait pas dans la dentelle et remplit son contrat de divertissement. La même année, Ayer s'attelle à un projet plus sérieux : l'adaptation du roman de James Ellroy, Dark Blue. Le film est réalisé par Ron Shelton et interprété par Kurt Russell et Ving Rhames. Ce long métrage se situe dans un contexte très réaliste, de nouveau au sein d'une police corrompue ; en effet, l'action prend place lors des émeutes de Los Angeles de 1992, après la tragique affaire Rodney King.

David Ayer passe à la réalisation en 2005 en tournant Bad Times avec Christian Bale. Ce film est également directement inspiré de la jeunesse du cinéaste dans les quartiers chauds de South Central. On y suit la descente d'un vétéran de l'armée devenu agent de la sécurité du territoire dans les bas-fonds de L.A., entre corruption et violence. Le metteur en scène poursuit dans la réalisation en 2008 en signant Au bout de la nuit avec Keanu Reeves et Forest Whitaker. De nouveau situé à Los Angeles, le film suit un jeune flic accusé à tort de meurtre, et qui doit se débattre seul dans un milieu corrompu. A noter que le scénario est signé du romancier James Ellroy, qui collabore pour la deuxième fois avec Ayer après Dark Blue. Le long métrage se veut très réaliste et percutant, comme c'est souvent le cas chez David Ayer.

Le réalisateur sort en 2012 son troisième long métrage, End of Watch, avec Jake Gyllenhaal et Michael Peña. Une nouvelle fois situé à Los Angeles, le film raconte l'histoire de deux jeunes policiers menacés de mort par un cartel. Ayer plonge donc une fois de plus son public dans un milieu urbain, sombre et crapuleux ultra-réaliste.