À Paris il étudie le cinéma à l’IDHEC, puis exerce le métier d’assistant réalisateur. Il travaille notamment auprès de Marco Ferreri avec qui il collabore à l’adaptation du Dialogue de Platon pour le téléfilm Le Banquet en 1989.
En 1993 sort Trahir, son premier long métrage en tant que réalisateur, dont il écrit également le scénario. Le film obtient plusieurs prix dans les festivals de Montréal, Istanbul,…
Train de vie, son deuxième long métrage, connaît un succès international. Il est notamment récompensé par des distinctions lors d’événements majeurs : la Mostra de Venise en 1998 et le Festival de Sundance, durant lequel il obtient le Prix du Public. Il est également nominé deux fois aux César.
Après une rencontre avec des immigrés éthiopiens en Israël, il réalise, co-écrit et coproduit en 2005 Va, vis et deviens, récompensé par le César du meilleur
scénario original l’année suivante, après avoir reçu plusieurs prix lors de la Berlinale 2005. En 2009 il réalise, coécrit et coproduit Le Concert. Le film attire près de 2 millions de spectateurs en France et devient un succès mondial, avec une nominationc aux Golden Globes.
Deux ans plus tard, il est encore à la réalisation, co-écriture et coproduction de La Source des femmes. Le film suit les femmes d’un village du Maghreb revendiquant l’égalité avec leurs maris à travers une grève du sexe et de l’amour. Il est en sélection officielle au Festival de Cannes 2011.
En 2013 il initie, coécrit et produit Caricaturistes – Fantassins de la Démocratie, documentaire pour le cinéma sur 12 caricaturistes du monde entier. Le film, qui défend la liberté d’expression, est en Sélection Officielle Hors Compétition à Cannes 2014, et nommé aux César 2015 en tant que Meilleur Film Documentaire. Il est diffusé par les télévisions du monde entier.
En 2016, sort sur les écrans L’Histoire de l’Amour, qu’il réalise, coécrit et coproduit, adapté du roman de Nicole Krauss. En 2018 il met en scène l’opéra Carmen de Georges Bizet pour Opéra en Plein Air.
Radu Mihaileanu est fait chevalier puis officier dans l’ordre des Arts et des Lettres en 2007 et 2014, et chevalier de la Légion d’honneur le 14 juillet 2011. De 2009 à 2011, il est Président de l’ARP, et à nouveau réélu de 2017 à 2019.
