Fritz Lang lahir di Wina, Austria, pada tahun 1890. Ayahnya mengelola perusahaan konstruksi, dan ibunya, Pauline Schlesinger, berketurunan Yahudi namun berconvert ke Katolik saat Lang berusia sepuluh tahun.

Setelah menyelesaikan sekolah menengah, ia sempat belajar di Technische Hochschule Wien dan mulai melatih diri sebagai pelukis. Dari 1910 sampai 1914, Lang melakukan perjalanan di Eropa, dan konon juga ke Asia serta Afrika Utara, sambil belajar melukis di Paris tahun 1913-14.

Pada awal Perang Dunia I, ia kembali ke Wina dan bergabung dengan tentara pada Januari 1915. Ia terluka parah pada Juni 1916, dan selama pemulihan, menulis skenario film. Pada 1918, ia pulang karena mengalami trauma dan sempat berakting di teater Wiener sebelum bergabung di perusahaan produksi Erich Pommer di Berlin, Decla.

Di Berlin, Lang bekerja sebentar sebagai penulis dan kemudian sebagai sutradara di Ufa dan Nero-Film. Pada 1920, ia menjalin hubungan dengan aktris dan penulis Thea von Harbou, yang menulis skenario film terkenal seperti Dr. Mabuse dan Metropolis.

Mereka menikah pada 1922 dan bercerai pada 1933. Tahun yang sama, saat Nazi berkuasa, Lang menolak posisi di Institut Perfilman Jerman karena menentang propaganda Nazi, dan memilih melarikan diri ke Paris. Setelah setahun di sana, ia pindah ke AS tahun 1934 dan bekerja di MGM, kemudian mengarahkan banyak film terkenal selama 20 tahun berikutnya.

Di 1950-an, karena penurunan industri film dan reputasinya yang keras terhadap aktor, Lang sulit mendapatkan pekerjaan. Pada akhir 1950-an, ia kembali ke Jerman dan membuat tiga film terakhirnya, namun kurang diterima. Pada 1964, meski hampir buta, Lang terpilih sebagai ketua juri Festival Cannes. Ia juga kolektor seni primitif yang rajin, dan dikenal dengan monocle yang dikenakannya.

Setelah bercerai dari von Harbou, ia menjalin hubungan dengan banyak wanita, termasuk Lily Latte yang dekat dengannya dari 1931 hingga meninggalnya pada 1976. Fritz Lang wafat di usia 86 tahun, meninggalkan warisan besar di dunia perfilman.