È un regista, sceneggiatore e produttore cinematografico statunitense nato in Texas nel 1969. Figlio di un direttore pubblicitario e di un'archeologa è il secondo di tre fratelli. Quando è adolescente i suoi genitori divorziano, avvenimento cruciale della sua crescita. Durante l'infanzia, comincia a scrivere commedie e fare film in Super 8 . Frequenta l'Università del Texas a Austin, laureandosi in filosofia. Qui incontra Owen Wilson, e scatta subito un'amicizia solida e i due iniziano a girare cortometraggi, alcuni dei quali in onda su una stazione locale via cavo. I suoi film sono spesso influenzati da fatti biografici, lo fa intenzionalmente, ma senza sforzo, quasi in modo accidentale perché vuole rendere le sue storie personali e coinvolgenti, raccontando di personaggi dai forti tratti psicologici e soprattutto divertenti.
Anderson è noto per alcune scelte stilistiche ricorrenti. Fa largo uso della prospettiva centrale e della profondità di campo, ma anche di inquadrature non convenzionali: spesso Anderson utilizza riprese parallele al suolo, da sopra la testa dei personaggi, mettendo in luce i dettagli degli oggetti e accumulando elementi nell'inquadratura. I movimenti di macchina di Anderson si sviluppano su due dimensioni, e sono impostati su direttrici simmetriche e centralizzate. Sono però frequenti anche zoom veloci, panoramiche "a schiaffo" (utilizzate nelle sequenze di dialogo) e riprese al rallentatore. I colori sono poi curati con particolare attenzione: la tavolozza è limitata, con tinte vivide, calde e talvolta sature, che rimandano ad atmosfere anni settanta. Inoltre, il regista è molto appassionato alla tecnica della stop motion, impiegata a partire da Le avventure acquatiche di Steve Zissou (in cui si fa anche ampio uso delle miniature) e con cui ha poi interamente realizzato i lungometraggi Fantastic Mr. Fox e L'isola dei cani, ma anche per alcune scene per cui sarebbe stata necessaria la computer grafica in Moonrise Kingdom e Grand Budapest Hotel.