Dès l'âge de huit ans, David Fincher réalise de nombreux films dans le cadre familial. Passionné par le travail de George Lucas, il intègre dix ans plus tard la société d'effets spéciaux de son modèle, Industrial, Light and Magic. Durant ses quatre années passées chez ILM, Fincher travaille ainsi sur les effets spéciaux du Retour du Jedi, d'Indiana Jones et le Temple maudit ou de L'Histoire sans fin. Fort de cet acquis, il se spécialise ensuite dans la réalisation de publicités et de clips musicaux, créant sa propre société de production, Propaganda Films. Son travail pour la marque Nike et pour des artistes comme Madonna, Aerosmith ou les Rolling Stones l'impose vite comme un jeune surdoué de l'image.

A 29 ans, David Fincher s'engage avec la Fox pour signer son premier long métrage, Alien 3, troisième volet de la saga fantastique emmenée par Sigourney Weaver. Le résultat, très sombre et virtuose, n'empêche pas le studio de brider le jeune cinéaste qui gardera un souvenir amer de cette expérience. Déterminé à acquérir au plus vite une vraie liberté d'action, Fincher fait équipe en 1994 avec une petite société de production indépendante de l'époque, New Line Cinema, pour réaliser le thriller Seven. Centré sur les sept pêchés capitaux, il devient instantanément un classique du film de serial killer. Mettant en vedette Brad Pitt et Morgan Freeman, il pose aussi un regard désespéré et très sombre sur la société.

Après le choc Seven, David Fincher prend tout le monde à contre-pied en réalisant, deux ans plus tard, The Game. Avec ce thriller manipulateur porté par Michael Douglas, qui ne remporte pas le même succès critique et public, le cinéaste creuse un peu plus son oeuvre désenchantée sur le monde contemporain. Il s'attaque ensuite en 1999 à la réalisation de Fight club. Adaptation d'un roman de Chuck Palahniuk, le film, sulfureux et très vite culte, ne laisse personne indifférent. Pour l'occasion, Fincher retrouve Brad Pitt et confie à Edward Norton le rôle principal.

Visiblement désireux de ne pas se replonger dans une œuvre aussi polémique, David Fincher réalise en 2002 Panic room, thriller très classique en forme de huis-clos dans lequel évoluent notamment Jodie Foster et Forest Whitaker. Après une parenthèse de cinq ans marquée par la réalisation de clips et l'avortement de son M : i : III (pour divergences artistiques avec Tom Cruise), David Fincher revient sur le devant de la scène en 2007 avec l'ambitieux thriller Zodiac, qui revient sur les agissements d'un des plus célèbres tueurs de l'Histoire des Etats-Unis. Il enchaîne immédiatement avec la réalisation du film fantastique L'Etrange histoire de Benjamin Button, qui marque sa troisième collaboration avec Brad Pitt.

Avec son film suivant,The Social Network, Fincher se centre sur la création du réseau social Facebook. En découle un portrait mordant de son créateur Mark Zuckerberg, interprété par Jesse Eisenberg. Si le cinéaste y emprunte en partie le classicisme de la mise en scène de Zodiac, il renoue néanmoins avec une réalisation plus stylisée (cf. Seven, Fight Club). En 2011, il crée à nouveau l'évènement en mettant en scène une nouvelle adaptation du premier tome de la trilogie Millenium de Stieg Larsson : Millenium : Les hommes qui n’aimaient pas les femmes, avec Daniel Craig et Rooney Mara dans les rôles-titres.