Après ses études secondaires, il étudie la communication audiovisuelle à l'Université UNIACC. Il est un des membres fondateurs de Fabula, une société consacrée au développement de projets cinématographiques et publicitaires.

En 2005, il écrit et réalise son premier long-métrage Fuga, sorti en mars 2006 au Chili. En 2007, Pablo Larraìn tourne son deuxième long-métrage, Tony Manero, dont il a co-écrit le scénario avec Alfredo Castro et Matero Iribarren. Le film est présenté au Festival de Cannes 2008, à La Quinzaine des Réalisateurs. Il reçoit le prix du meilleur long métrage au 26ème Festival du Film de Turin 2008.

Santiago 73, Post Mortem, son troisième long-métrage, qui a pour acteurs principaux Alfredo Castro et Antonia Zegers, est sélectionné en compétition du Festival International de Venise en septembre 2010.

En 2010, Pablo Larraín réalise ...