1960年11月22日，莱奥·卡拉克斯出生于法国巴黎的中产阶级家庭。与许多传奇导演一样，卡拉克斯没有接受过正规的电影教育。13岁的时候，他把原名亚历山大-奥斯卡-杜彭的字母重排了一下，改成了名字莱奥·卡拉克斯，与父母脱离了关系。17岁的时候，卡拉克斯来到巴黎，开始和“新浪潮”的前辈一样，在电影资料馆看大量的老电影，其中很多是默片，当然也有不少“新浪潮”的经典作品。18岁时，他开始为《电影手册》工作，写过介绍让-吕克·戈达尔的文章。
1980年，执导个人首部短片《忧郁的扼杀》。1983年，执导个人首部电影《
男孩遇见女孩》，该片入围第10届法国电影凯撒奖最佳处女作奖，并获得了第37届戛纳国际电影节青年奖-最佳法国电影奖。
1986年，执导由
德尼·拉旺、
米歇尔·皮寇利合作主演的爱情犯罪电影《
坏血》，该片讲述了阿莱克斯和一个美丽的女人安娜踏上了一段生死旅程的故事，获得第37届柏林国际电影节国际艺术电影联盟奖特别提及、第37届柏林国际电影节阿弗雷德·堡尔奖。
1991年，由其执导的爱情电影《
新桥恋人》上映，该片入围第46届英国电影学院奖电影奖-最佳非英语片奖。1997年，执导剧情短片《无题》。
1999年，执导由
吉约姆·德帕迪约、
凯瑟琳·德纳芙共同主演的爱情电影《
宝拉X》，该片入围第52届戛纳国际电影节主竞赛单元。2002年，执导剧情短片《Carla Bruni: Quelqu'un m'a dit》。2006年，担任短片《我的最后一分钟》的导演。2008年，执导音乐短片《粪先生的赞歌》；同年，与
奉俊昊、
米歇尔·冈瑞联合执导奇幻电影《
东京！》，该片由
苍井优、
香川照之等联合主演。
2010年，与
肯尼思·安格、
艾莎·阿基多等联合执导奇幻短片《42分一幻梦》；同年，担任第13届上海国际电影节主竞赛单元金爵奖的评委。2012年，莱奥·卡拉克斯获得第65届洛迦诺国际电影节荣誉金豹奖；同年，执导由德尼·拉旺、
爱迪丝·斯考博、
凯莉·米洛联合主演的奇幻电影《
神圣车行》，该片讲述了一个男人在“平行空间”中穿越，在24小时内经历了杀人犯、乞丐、首席执行官、怪兽等各种身份的故事，入围第65届戛纳国际电影节主竞赛单元、第38届法国电影凯撒奖最佳影片奖，他凭借该片入围第38届法国电影凯撒奖最佳导演奖。2014年，执导剧情短片《格哈蒂娃》。
2021年莱奥·卡拉克斯执导影片《
安妮特》成为第74届戛纳电影节开幕影片，并入围主竞赛单元。
莱奥·卡拉克斯的父母均是记者。1991年， 在执导电影《新桥恋人》时与
朱丽叶·比诺什交往。拍完这部电影后，卡拉克斯就被法国电影抛弃了，他和朱丽叶·比诺什也分手了。2005年，他收养了一个俄罗斯女婴。
莱奥·卡拉克斯是法国具有个人色彩的导演，有着“答非所问”的个人化语言风格。他作为一个特别的导演，有着敏感、神经质和难以捉摸的性格，让人过目难忘（Mtime时光网、新浪娱乐、《精品购物指南》综合评）。
莱奥·卡拉克斯虽是名副其实的“低产导演”，但他在很多电影人和影迷心中，占据着不可替代的尊贵位置。他执导的长片处女作《男孩遇见女孩》是一部狂想曲，爱与欲望，希望与绝望在电影中翻滚。此后，他执导的电影《坏血》虽仍延续了前作的阴郁色调，但这部怪诞的影片涵盖了科幻、爱情、公路和黑色元素。此外，他娴熟地运用长镜头，将该片男主人公阿历克斯狂奔、翻滚的场面淋漓尽致地表现出来，这个场面也成为他所有电影的缩影（《电影画刊》、《电影世界》综合评）。