1957年12月12日生于西安从小热爱绘画梦想当一名画家。1978年考入北京电影学院摄影系。1982年毕业后任西安电影制片厂摄影助理。1984年任摄影拍滕文骥《海滩》，大量采用自然光寻求更加贴近现实表现手段，给中国影坛带来不小冲击，相继拍摄了电影《大明星》、《神鞭》。
真正显示顾长卫摄影才华的是陈凯歌的《孩子王》和张艺谋的《红高粱》。《孩子王》静态摄影内涵丰富、风格清丽；《红高粱》洒脱张扬，拍出大自然生命感。顾长卫西部风格迥异，影片中创造性地运用摄影造型手段，展现了具有震撼力和意境深远视觉形象，获得第八届电影金鸡奖最佳摄影奖。
顾长卫和张艺谋、陈凯歌长期合作，把中国电影推上世界舞台。《红高粱》、《菊豆》、《霸王别姬》不断冲击国际各大影展，顾长卫频频获得最佳摄影提名奖和柯达摄影奖，并作为亚洲摄影师代表试验柯达公司最新研制电影新胶片，同时顾长卫到美国奥尔特曼一部小成本影片中任摄影师，展示东方摄影师非凡才华后来到法国拍摄一部古装电影，顾长卫摄影才能得到世界认可和赞扬。
顾长卫被喻为“中国第一摄影师”。
功成名就之后国内拍摄了不少好片子：《狭路英豪》、《兰陵王》、《阳光灿烂的日子》。顾长卫从一个爱好画画的孩子到今天取得巨大成就，与刻苦努力分不开，更难得的是他拥有一颗平常心，这使他不断追求摄影艺术更高成就。
2005年，顾长卫的导演处女作《孔雀》获得柏林电影节银熊奖。
2007年，他的第二部导演作品《立春》为他的妻子、女主角蒋雯丽赢得了罗马电影节影后的桂冠。
2012年，顾长卫首部微电影《龙头》，于优酷大师微电影中发布，凭借此片顾长卫在“2013金考拉国际华语电影节”中斩获“最佳长片导演奖”；同年11月，与华谊公司签订合同，正式入驻华谊 。
2013年4月，顾长卫担任北京国际电影节评委 。
2014年12月24日，由顾长卫执导 ，陈赫、Angelababy主演的贺岁喜剧《微爱之渐入佳境》，两位主演从“跑男”跑进大银幕，上演了一出网络时代之下“现实虐我千百遍，我用手机摇初恋”的喜剧故事 。
2015年12月18日，出席了第十五届电影频道出品电影百合奖颁奖典礼。
2017年，执导新片《飞火流星》