Né en 1932, Carlos Saura est issu d'une famille bourgeoise libérale. Il débute ses études dans l'ingénierie, mais sa passion pour la photographie est plus forte et c'est en 1952 qu'il intègre l'Instituto de Investigaciones y Estudios Cinematográficos de Madrid. Il y étudie la mise en scène, collabore avec ses amis Eduardo Ducay et Leopold Pomes à la réalisation de court-métrages et suit en parallèle des cours à l'Ecole de journalisme. Politiquement engagé à gauche, ses choix d'études illustrent son intérêt pour les problématiques sociales.

C'est en visionnant les films de Luis Buñuel que Carlos Saura décide de devenir réalisateur. Diplômé en 1957, il devient enseignant en cinématographie, une carrière qu'il devra arrêter en 1963 sous la pression du gouvernement franquiste. Ses films mettent en scène les Espagnols en marge de la société (Los Golfos) et dénoncent la frustration de la bourgeoisie espagnole due à l'idéologie conservatrice et nationale-catholique du régime (La Chasse et Anna et les loups). Ses positions envers le régime passent par des métaphores et des paraboles, notamment du couple et de la famille, des sujets qui lui sont proches. Leader espagnol des cinéastes de sa génération grâce à La Chasse, présenté au festival de Berlin en 1965 et pour lequel il obtint l'Ours d'Argent de la mise en scène, il acquiert une réputation internationale. Malgré cette reconnaissance, la censure reste présente et certains films, comme La cousine Angélique, provoquent de violentes réactions du public espagnol.

Après la mort de Franco, le réalisateur s'axe vers un genre plus léger, qualifié par lui-même de « tragicomédie », comme dans Maman a 100 ans. En 1981 il renoue avec le film-enquête avec Vivre vite, un film dans lequel Carlos Saura pose un regard sceptique sur la société de l'après-franquisme. La même année, il accepte de travailler sur le projet d'un film musical, Noces de sang, avec le chorégraphe de flamenco Antonio Gades, qui sera une vraie réussite artistique et populaire comme le sera Carmen deux ans plus tard.

Avec ses films sur la danse, Carlos Saura s'éloigne des problématiques politiques pour mettre sa caméra au service du spectacle vivant et rendre visible le mécanisme de création. En 2010 sort son film Flamenco flamenco, où Saura s'amuse à mélanger plusieurs arts : danse, peinture, musique et cinéma. En 2013, il tourne un film sur Picasso lors de la création de Guernica, 33 días, avec Antonio Banderas.