Fils d'un architecte, Édouard Autant, et de Louise Lara, née Louise, Victorine, Charlotte de Larapidie de Lisle, dite Mademoiselle Louise Lara, Sociétaire de la Comédie Française où elle avait été engagée après un premier prix de comédie au Concours du Conservatoire. Claude Autant-Lara suit sa scolarité au lycée Janson-de-Sailly et découvre rapidement le cinéma, une véritable révélation.
Renvoyé du lycée en 1915, il part en Angleterre dans un collège à la discipline sévère et revient pour s'inscrire à l'École des arts décoratifs où il se lie d'amitié avec le futur comédien
Julien Carette. Son diplôme en poche, il commence à travailler dans un atelier de sculpture puis il est engagé par Marcel L'Herbier comme décorateur d'abord pour une pièce de théâtre, puis en 1920 comme assistant-réalisateur et décorateur pour le film L'Homme du large d'après Honoré de Balzac. En 1923, L'Herbier produit le premier court-métrage d'Autant-Lara, Faits-divers, dans lequel ce dernier dirige sa mère. La collaboration entre les deux hommes durera jusqu'en 1926. Cette année-là, Autant-Lara dessine les décors de
Nana de
Jean Renoir d'après Émile Zola. Il devient ensuite assistant-réalisateur de
René Clair.
Grand admirateur de Georges Méliès et fasciné par les nouvelles techniques, il tourne son second film Construire un feu, d'après Jack London, en utilisant un procédé qui sera connu plus tard sous le nom de CinemaScope. C'est un échec. Déçu et criblé de dettes, il s'embarque pour les États-Unis, où il réalise les versions françaises de films américains, notamment de
Buster Keaton et de Douglas Fairbanks Jr. Il fréquente alors des Européens exilés comme lui, parmi lesquels
Françoise Rosay et Luis Buñuel. Mais l'ambiance de travail et le style de vie américain ne conviennent pas à Autant-Lara qui décide deux ans plus tard de revenir en France.
Il réalise en 1932 des courts métrages d'après Georges Courteline. En 1933, il signe son premier long-métrage,
Ciboulette, adaptation excentrique de la célèbre opérette de Reynaldo Hahn mise en dialogue par
Jacques Prévert. Encore un échec. Il survit en travaillant pour Maurice Lehmann puis fait à nouveau parler de lui avec
Le Mariage de Chiffon, en 1941, avec
Odette Joyeux dans le rôle principal. Le bon accueil du film l'encourage à poursuivre. Il dirige à nouveau la comédienne dans Lettres d'amour en 1941, et l'année suivante dans Douce, considéré comme le premier film où il donne libre cours à son humour noir.
Après le succès populaire de Sylvie et le fantôme, toujours avec Odette Joyeux, en 1945, il met en scène
Micheline Presle et Gérard Philipe dans
Le Diable au corps, tiré du roman de Raymond Radiguet, en 1947. Le film, qui retrace l'histoire passionnée de deux jeunes amants partagés entre leur fougue et leur peur de s'engager, provoque de vives réactions dans la presse et dans le public. Il permet à Autant-Lara de confirmer sa réputation de réalisateur aussi original qu'imprévisible. Anticonformiste et provocateur, il affirme « Si un film n'a pas de venin, il ne vaut rien. »
En 1949, il adapte à l'écran la pièce de
Feydeau, Occupe-toi d'Amélie, qu'il considérera comme son film préféré. Puis il enchaîne les comédies sombres et les aventures douces-amères comme L'Auberge rouge (Fernandel) en 1951, La Traversée de Paris (
Jean Gabin,
Bourvil et
Louis de Funès) et
La Jument Verte (
Bourvil), inspirés de
Marcel Aymé,
En cas de malheur (
Jean Gabin et
Brigitte Bardot) en 1958, d'après
Simenon.
Son adaptation du roman de Stendhal, Le Rouge et le Noir, en 1954, lui vaut le déchaînement des tenants de la Nouvelle Vague, qui lui reprochent d'incarner un cinéma dépassé. Dans un article publié dans Les Cahiers du cinéma, le jeune critique François Truffaut s'en prend à ce symbole d'« une certaine tendance du cinéma français » dont les conceptions artistiques relèvent selon lui d'un autre âge. En réaction, Autant-Lara critiquera invariablement l'ensemble du mouvement de la Nouvelle Vague. Il tournera encore une quinzaine de films avant de cesser ses activités de réalisateur dans les années 1970.
Il publie alors plusieurs livres de souvenirs, des recueils de discours et des pamphlets comme Télé-Mafia, Les fourgons du malheur ou Le Coq et le Rat. Ses mémoires, intitulés La rage dans le coeur et publiés en 1984, témoignent de son amertume.
Le 18 juin 1989, il revint sur le devant de la scène médiatique, de manière controversée, en étant élu au Parlement européen sur la liste du Front national. Doyen d'âge de la nouvelle assemblée, il présida -- comme le voulait alors la tradition -- la session inaugurale, en juillet 1989. Il prononça un discours où il exprimait notamment ses « inquiétudes face à la menace culturelle américaine ». La quasi-totalité des députés sortirent de l'hémicycle afin de ne pas assister au discours d'un élu du Front national.
À la suite de cette polémique, il tint des propos reproduits par le mensuel Globe en septembre 1989, disant au sujet de Simone Veil : « Que vous le vouliez ou non, elle fait partie d'une ethnie politique qui essaie de s'implanter et de dominer... Oh elle joue de la mandoline avec ça . Mais elle en est revenue, hein ? Et elle se porte bien... Bon alors quand on me parle de génocide, je dis, en tout cas, ils ont raté la mère Veil ! ». Le garde des Sceaux d'alors, Pierre Arpaillange, fit engager des poursuites pour « injures raciales, diffamation raciale et incitation à la haine raciale. » Claude Autant-Lara fut relaxé, mais l'ampleur du scandale suscité par ses propos l'amena à démissionner de son mandat de député européen. En outre, les membres de l'Académie des beaux-arts, dont il était vice-président pour l'année, lui demandèrent de ne plus siéger parmi eux. Il fut remplacé, à sa mort, par le cinéaste Francis Girod, lequel prononça, le 17 décembre 2003, son éloge sous la Coupole.
Comme le dit justement Francis Girod : « les errements de la fin de vie de Claude Autant-Lara entachent l'image de l'artiste et masquent la force d'une oeuvre. » Ces controverses valurent à Claude Autant-Lara le surnom « Claude Attend l'Arabe » de la part du Canard enchaîné.