Après des études à la Pontificia Universidade Católica do Rio de Janeiro, sanctionné par un diplôme en économie et à Oxford où il étudie l'économie politique, la littérature anglaise et la politique internationale, José Padilha aborde le cinéma comme producteur exécutif du film Boca de Ouro.
Scénariste et producteur du documentaire Os Carvoeiros en 1999, il réalise son 1er long-métrage en 2002, Ônibus 174, qui relate l'histoire réelle et avec une issue tragique, du détournement avec prise d'otages d'un autobus de la ligne 174 de Rio de Janeiro, le 12 juin 2000.
En 2007, José Padilha tourne le film Troupe d'élite. Basé sur le livre Elite da Tropa, coécrit par trois auteurs, dont le sociologue Luiz Eduardo Soares (pt) le film, avec, comme tête d'affiche Wagner Moura, dépeint la guerre sanglante que mène la police carioca, sur fond de corruption de cette dernière, contre les narcotrafiquants sur-armés des favelas.