Il grandit à Khon Kaen dans le nord-est de la Thaïlande, où ses parents sont médecins dans un hôpital. Il étudie à l'Université de Khon Kaen et obtient un Master en Architecture en 1994, ce qu'il dit l'avoir influencé par la suite. Il va ensuite étudier aux États-Unis et obtient un Master en Beaux-Arts de l'Art Institute de Chicago en 1997.
Il a commencé à réaliser des courts métrages dès 1993. Depuis le début des années 1990, il tourne des films documentaires ou expérimentaux centrés principalement sur des habitants et des régions modestes de la Thaïlande.
En 1999, Weerasethakul fonde Kick the Machine pour développer et promouvoir ses propres projets et ceux d'autres réalisateurs thaïlandais indépendants.
En 2000, son premier long métrage Dokfa nai meuman (Mysterious Object at Noon) mêle des images documentaires et des passages narratifs improvisés. Le film est basé sur le principe du cadavre exquis inventé par les surréalistes.
Entre 2002 et 2006, il réalise trois longs métrages formant une trilogie sur ce qui lui tient à coeur :
Blissfully Yours sur sa passion pour le cinéma,
Tropical Malady sur sa sexualité et ses peurs, et
Syndromes and a Century sur ses parents médecins. Les deux premiers sont présentés au Festival de Cannes en 2002 et 2004, et le troisième à la Mostra de Venise en 2006.
Dans ses films, Weerasethakul respecte peu une succession chronologique de l'action. L'intrigue se répète à partir du milieu du film dans un contexte complètement bouleversé : de la société humaine à la jungle dans Tropical Malady, d'un hôpital ancien à un autre très moderne dans Syndromes and a Century. Ses oeuvres aiment partir d'une histoire évoquant un quotidien banal pour basculer à mi-chemin dans une imagerie poétique, onirique et mythologique. Le cinéaste cultive le goût du mystère et de la lenteur dans un style contemplatif inclassable qui confronte souvent le moderne à l'archaïque. Son cinéma illustre en réalité la part irrationnelle du désir, les vies multiples de l'homme et le voyage des âmes.
En plus de ses projets en tant que cinéaste, Apichatpong travaille également sur des courts métrages, des projets vidéo et des installations. Pour le Festival international du film de Jeonju, il a été commissionné dans le projet Three Digital Short Films, qu'il a partagé avec deux autres réalisateurs asiatiques. Son film était intitulé Wordly Desires.
Shinya Tsukamoto du Japon a réalisé Haze et Song Il-gon de Corée du Sud a créé Magicien(s).
En 2005, Apichatpong a été consultant pour le projet Tsunami Digital Short Films, 13 films commissionnés par le Bureau pour l'Art contemporain et la Culture du Ministère de la Culture Thaïlandais. Ces films devaient rendre hommage aux victimes du tsunami et permettre aux artistes de réinterpréter ce tragique événement. Le film d'Apichatpong s'intitulait Ghost of Asia, réalisé en collaboration avec l'artiste cinéaste française Christelle Lheureux.
En 2009, Primitive Project présentée parallèlement au Musée d'Art Moderne de la ville de Paris et à Liverpool se remémore les affrontements sanglants à Nabua qui ont opposé civils et forces de l'ordre lors de la Guerre Froide, quand on tentait d'éradiquer toute trace de communisme chez les villageois.
Dans les années 2000, il milite également contre la censure du cinéma en Thaïlande.
Apichatpong Weerasethakul est considéré comme un réalisateur majeur du début du XXIe siècle : les Cahiers du Cinéma classent Tropical Malady troisième film le plus important des années 2000-2009, la cinémathèque de Toronto considère que Syndromes and a Century est le meilleur film de la décennie (Tropical Malady et
Blissfully Yours obtenant respectivement les sixième et treizième places).
En 2008, il fait partie du jury cannois présidé par
Sean Penn.
Après avoir reçu le Prix Un Certain Regard en 2002 pour
Blissfully Yours et le Prix du Jury pour
Tropical Malady en 2004, le cinéaste obtient la Palme d'or du Festival de Cannes 2010 pour son film Oncle Boonmee, celui qui se souvient de ses vies antérieures.