Режиссёр, сценарист, продюсер. Родился 20 января 1946 года в городе Мизула, штат Монтана, США. Будучи сыном агронома, он много ездил по стране вслед за отцом. 

Будущий режиссёр поначалу хотел заниматься живописью и графическим дизайном. Учился в художественных институтах Вашингтона, Филадельфии и, недолгое время, Европы. Начинал режиссёрскую карьеру с короткометражных экспериментальных фильмов. В 1977 году дебютировал как режиссёр полнометражного кино с картиной «Голова ластик». Картину увидел продюсер и дистрибьютор Бен Баренхольц — именно его стараниями полнометражный дебют Линча вышел в прокат.

Широкая известность пришла к Линчу после выхода его второго полнометражного фильма — «Человек-слон», номинированного на премии «Оскар», Золотой глобус, BAFTA и Сезар. После этого режиссёр принимает предложение о сотрудничестве с продюсером Дино Де Лаурентисом. Первый их проект постигает коммерческая неудача: фантастический фильм «Дюна» проваливается в прокате.

Линч восстанавливает свою репутацию картинами «Голубой бархат», номинированной в 1997 году на «Оскар» за лучшую режиссуру, и «Дикие сердцем», удостоенной главного приза Международного Каннского кинофестиваля в 1990 году.

В начале 1990-х Линч выпускает телевизионный сериал «Твин Пикс». Эта работа обретает культовый статус и становится значимой вехой в истории становления сериалов в качестве полноценного средства художественного выражения. 

На рубеже 2000-х годов Дэвид Линч работает над сериалом для телеканала ABC. После пилотной серии между режиссёром и продюсерами начинаются разногласия. В конечном счёте Линч перемонтирует длительную пилотную серию в двухчасовой полнометражный фильм «Малхолланд драйв» и получает приз за лучшую режиссуру с Каннах, а также ряд номинаций на «Оскар» и «Золотой глобус».

Картина «Внутренняя империя» была удостоена главного приза Венецианского кинофестиваля в 2006 году. В 2019 году Линчу была присуждена почетная премия Оскар за выдающийся вклад в кинематограф (Academy Honorary Award).

Помимо карьеры в кино, Линч пишет музыку, профессионально занимается живописью, а также является приверженцем и популяризатором духовной практики Трансцендентальной медитации.