Né en 1968 à San Antonio au Texas de parents mexicains, le troisième d'une famille de dix enfants. Passionné de cinéma et d'images dès son plus jeune âge, il réalise enfant ses propres dessins animés et de petits films.
Après le lycée, il entre à l'University of Texas d'Austin dans l'intention d'y étudier le cinéma. Il continue à faire des films en super 8 et en vidéo durant son temps libre, et réalise près d'une trentaine de courts-métrages. Il crée également une bande dessinée intitulée Los Hoologans, dont les personnages lui sont inspirés par ses jeunes frères et soeurs. A raison d'une épisode tous les jours, Los Hoologans est publiée pendant trois années consécutives dans les pages du Daily Texan. Non seulement sa large fratrie est un sujet comique pour ses B.D, mais compose aussi une source illimitée de comédiens et de techniciens pour ses films...
Il dirige en 1991 trois de ses jeunes frères et soeurs dans Bedhead, court-métrage16 mm qui obtient 14 prix : un par festival où il est présenté ! Parallèlement à ses succès dans les festivals de cinéma, il remporte également plusieurs récompenses pour ses bandes dessinées, dont une de la Columbia University pour Los Hooligans.
En 1992, il réalise son premier long métrage, El Mariachi. Pour trouver l'argent il n'hésite pas à servir de cobaye scientifique : il écrit le scénario alors qu'il est sujet d'expérience pour un laboratoire de recherche médicale. La totalité de son indemnisation couvre les frais de tournage -7 000 dollars- et il espère se rembourser en vendant le film au marché vidéo mexicain...
El Mariachi est salué avec enthousiasme au Festival de Berlin, Munich, Edimbourg, Deauville, Yubari au Japon et à celui de Sundance, dont il obtient le Prix du Public.
Il signe alors avec un puissant agent chez ICM. Le film lui vaut un contrat de deux ans avec Columbia, qui l'engage comme scénariste et réalisateur. El Mariachi est le premier film à tout petit budget à être distribué par un grand studio et le premier film américain à sortir en langue espagnole. Il a raconté son expérience pour parvenir à réaliser El Mariachi dans son livre Rebel without a crew : Or how a 23-year-old filmmaker with $7000 became a Hollywood Player.
Il écrit, réalise et monte en 1994 Roadracers, un téléfilm avec David Arquette et Salma Hayek.
Il signe l'année suivante son second long métrage Desperado, avec Antonio Banderas, qui révèle Salma Hayek. Le film reprend le personnage du Desperado joueur de guitare et redoutable tueur de El Mariachi. Rodriguez en est le producteur, le scénariste, le réalisateur et le monteur.
Il écrit, réalise et monte également The Misbehavers, un épisode de Four Rooms avec Antonio Banderas.
En 1996, il fait équipe avec Quentin Tarantino pour le film Une nuit en enfer. Il en sera le réalisateur, le monteur et le producteur exécutif, sur un scénario de Tarantino, qui incarne l'un des personnages. Rodriguez et lui sont amis à la ville et à l'écran, participant souvent aux films l'un de l'autres à la musique, en acteur, voire à la réalisation. Honorable succès au box-office, Une nuit en enfer lance la carrière d'un certain George Clooney.
Rodriguez signe ensuite The faculty, une version horrifique des "teen movies" redevenus à la mode après Scream, dont il emprunte le scénariste Kevin Willamson (créateur de la série Dawson) d'ailleurs.
En 2001, il a écrit, réalisé et produit Spy kids, qui a rapporté plus de 100 millions de dollars rien qu'aux Etats-Unis et reste l'un des plus grands succès de l'année. Succès oblige, le film a donné lieu à deux suites, Spy kids 2 et Spy kids : mission 3D dont il était réalisateur, scénariste et producteur, directeur de la photographie, chef décorateur, chef monteur, superviseur des effets visuels et compositeur !
Il a également réalisé Desperado 2, Il était une fois au Mexique, sur lequel il occupait – encore - de multiples fonctions : scénariste, réalisateur, directeur de la photo, monteur, compositeur.
Il a enchaîné ensuite avec Les aventures de Sharkboy et Lavagirl en 3D, co-écrit avec son fils de sept ans, Racer Max. La même année sort son Sin City, l'adaptation du célèbre roman graphique de Frank Miller (aussi auteur de 300) avec Mickey Rourke, Bruce Willis, Clive Owen, Jessica Alba, Benicio del Toro… et Tarantino aux commandes d'une scène. Son franc succès au box-office entraînera là encore deux suites, que Rodriguez réalise aussi, toujours d'après l'œuvre de Miller.
Longtemps marié à la productrice Elizabeth Avellan, mère de ses cinq enfants, il s'en est séparé courant 2007, et la rumeur people lui a prêté une histoire avec Rose Mcgowan, héroïne de son Planète terreur : un film Grindhouse. Le film est issu d'un projet initié avec Tarantino, Grindhouse, un hommage aux doubles programmes de films de genre des années 60-70.
D'une durée initiale de plus de 3 heures, avec deux films entrecoupés de fausses bande-annonces, Grindhouse fut retiré de l'affiche peu de temps après sa sortie. En partie après des scores très décevants au box-office américain, mais aussi après que le Festival de Cannes eut exprimé son intérêt pour la partie réalisée par Tarantino, Boulevard de la mort – un film Grindhouse. Celui-ci fut donc sélectionné en compétition officielle du festival, et bénéficia d'une grande attention dans les médias, au grand dam de Rodriguez. De là à brouiller les deux acolytes… voire. Planète terreur est sorti en août 2007 en France.