Durant ses études littéraires à Strasbourg, Jean-Marie Straub anime un ciné-club. En 1954, il s'installe à Paris, où il rencontre sa future épouse et collaboratrice, Danièle Huillet. En 1958, il refuse d'aller se battre en Algérie et déserte en Allemagne. Il signe son premier court-métrage,
Machorka Muff, en 1963.
Puis il reprend aux côtés de Huillet le thème de la dénonciation des survivances du nazisme dans le moyen métrage qui suit en 1964,
Non Réconciliés.Le couple réalise, écrit, monte et produit lui-même tous ses films afin de maintenir son indépendance créative.
Dès ses premières réalisations, Jean-Marie Straub impose un style dépouillé et austère qui devient rapidement un symbole du nouveau cinéma allemand, style peaufiné dans son premier long métrage,
Chronique D'Anna Magdalena Bach (1967), interprétation pour le moins personnelle de la vie du célèbre musicien, où le choix du noir et blanc sert à suggérer les contrastes psychologiques et sociaux.
En 1970, le cinéaste part à Rome tourner
Othon, la tragédie de Corneille. Le film est un échec malgré les somptueux décors qui imitent des jardins romains. Les films qui suivent s'orientent de plus en plus vers le reportage, au détriment de la fiction, comme
De La Nuée à La Résistance en 1979.
En 2008 il signe, en solo cette fois, Danièle Huillet étant décédée en 2006, trois courts-métrages,
Le Streghe, Femmes Entre Elles,
Le Genou D'Artemide et
Itinéraire De Jean Bricard.