Kleber Mendonça Filho est né à Recife, en 1968. Après des études de journalisme à l’Université Fédérale de Pernambuco, il travaille en tant que critique et responsable du secteur du cinéma de la Fondation Joaquim Nabuco. Il écrit notamment pour le Jornal do Comércio de Refice et Folha de S.Paulo.

Il réalise ses premiers films courts dans les années 90 parmi lesquels A Menina do Algodão (The Little Cotton Girl, 2003), Vinil Verde (Green Vinyl, 2004), Eletrodoméstica (2005), Noite de Sexta Manhã de Sábado (Friday Night Saturday Morning, 2006) and Recife Frio (Cold Tropics, 2009). Ses courts métrages ont remporté plus d’une centaine de prix au Brésil et à l’étranger, sélectionnés à Karlovy-Vary, au BAFICI , à Rotterdam (rétrospective en 2007), à Clermont-Ferrand et Cannes (Quinzaine des Réalisateurs).

Il crée Cinemascópio, sa société de production. Parallèlement à la réalisation, il dirige avec Emilie Lesclaux - sa productrice au sein de Cinemascópio - le festival de cinéma de Recife (Janela Internacional de Cinema do Recife) dont la dernière édition a lieu du 11 au 21 octobre 2013. Il réalise un documentaire en 2008 sur la critique de cinéma, Critico.

Les Bruits de Recife (O som ao redor) est son premier long métrage de fiction. Chassé-croisé qui mêle les genres et les tons à travers sa ville natale, le film dresse, via ses nombreuses métaphores poétiques, un portrait des nombreuses inégalités politiques et sociales. La ville devient reflet d'un pays où les luttes de classes continuent, et où le pouvoir reste entre les mains de puissants quasi intouchables.

En 2016, Aquarius, son troisième long métrage, est sélectionné au Festival de Cannes dans la Compétitition officielle. La projection provoque un mini-scandale, puisque l'équipe du film y brandit des pancartes en guise de protestation au coup d'Etat en cours dans leur pays.

Bien qu'il ne reçoive aucun prix, le film est vivement salué par la critique. Une ancienne critique musicale, interprétée par Sonia Braga, actrice star au Brésil, s'y bat contre un jeune entrepreneur qui veut détruire l'Aquarius, l'immeuble dans lequel elle et sa famille ont grandi pendant des années. Une fois de plus, cette bataille s'érige en microcosme miroir des nombreux problèmes qui rongent le Brésil.