A Minnesota állambeli Minneapolisban született. Közgazdász apja és történész professzor anyja három évvel idősebb bátyjával és Debora nevű nővérével együtt a zsidó hagyományok szerint nevelték. Még gyerek volt, amikor Super 8-as kamerát vásárolt fűnyírással keresett pénzéből, hogy öccsével filmet forgathassanak. A Princeton Egyetemen filozófiát hallgatott, oklevelét 1979-ben kapta meg, diplomamunkáját a 20. század egyik legnagyobb filozófusáról, Ludwig Wittgensteinről írta. A két testvér együtt vágott bele a filmkészítésbe. Általában Joel ül a rendezői székben, Ethan pedig a forgatókönyvet szállítja, de többször is felcserélték a szerepeket. Közös munkájukat az egyik legsajátosabb művészeti látásmódként tartják számon: a klasszikus amerikai film, elsősorban a film noir hagyományai előtt tisztelegnek, miközben a posztmodern kultúrából táplálkoznak, mesterien ötvözve a fanyar humort a kegyetlen erőszakkal. Első közös munkájuk, a fekete humorú Véresen egyszerű sötét, félelemmel teli világba vezeti a nézőt, ahol nyüzsögnek a házasságtörők és a gyilkosok. A főszerepet Frances McDormand játszotta, aki még ugyanebben az évben Joel felesége lett. 1985-ben Bűnözési hullám címmel vígjátékot forgattak, két évvel később a Nicolas Cage és Holly Hunter főszereplésével készült szerelmi-bűnügyi komédia, az Arizonai ördögfióka bizonyította, hogy nem esik nehezükre a műfajváltás. 

1990-ben A halál keresztútján című thriller főszerepére John Turturrót kérték fel, akivel még négyszer dolgoztak együtt. A színész a Hollywoodi lidércnyomásban az írói válsággal küzdő Barton Finket alakította. Jutalma 1991-ben a Cannes-i Filmfesztiválon a legjobb színésznek járó díj lett, Joel elnyerte a legjobb rendezőnek járó díjat, a film pedig az Arany Pálmát kapta meg. Ethan számára ez az esztendő magánélete szempontjából is fontos állomás volt, feleségül vette Tricia Cooke vágót, aki később több filmjükben is közreműködött. A házasságból két gyermek született. A Coen testvérek egyik legismertebb filmje a Fargo, melynek forgatókönyvéért 1996-ban megkapták első Oscar-díjukat, a főszerepet játszó Frances McDormand pedig a legjobb színésznőnek járó aranyszoborral távozott a gáláról. Két évvel később készült az akkoriban vegyes fogadtatásban részesülő, de mára kultuszfilmmé vált A nagy Lebowski, Jeff Bridges főszereplésével. A két testvér 2000-ben az Ó, testvér, merre visz az utad? című modern Odüsszeusz-történetben elegyített izgalmat humorral és szívfacsaró érzelmekkel, a főszerepet George Clooney és John Turturro játszotta.

A fekete-fehér Az ember, aki ott sem volt (2001) Billy Bob Thornton és Frances McDormand főszereplésével a már bevált módszert követve közös forgatókönyvükre épült, mégsem számított önismétlésnek, mert a chandleri krimiket idéző történetvezetés (egy szűkszavú borbély döntésével megváltoztatja néhány ember sorsát, miközben hullákkal szegélyzett útján halad végzete felé) meglepetést okozott. Két évvel később újra George Clooneyval forgatták a Kegyetlen bánásmód című romantikus vígjátékot, a szerelmes filmek összes kötelező elemével, a női főszerepben Catherine Zeta-Jones komédiázott. 2004-ben készítették első remake-jüket, a Betörő az albérlőm című angol vígjátékot forgatták újra, s először osztották meg a rendezői feladatokat. Hosszabb szünet után, 2007-ben rukkoltak elő a kortárs amerikai próza egyik vezéregyénisége, Cormac McCarthy történetéből készült Nem vénnek való vidékkel. A modern vadnyugaton játszódó, komor hangulatú, szűkszavú, erőszakos alkotás tarolt az Oscar-gálán: a testvérpáros a legjobb rendező, a legjobb forgatókönyv és a legjobb film kategóriában is diadalmaskodott, Javier Bardem a legjobb mellékszereplő lett. A 2008-ban készült Égető bizonyíték szórakoztató és könnyed, csak rájuk jellemzően abszurd elemekkel teletűzdelt krimi-vígjáték, de végkicsengése ugyanaz: az életnek, a világnak nincs semmi értelme.

A következő évben az Egy komoly ember című filmjüket jelölték Oscar-díjra, 2010-ben A félszemű című klasszikus western remake-je tíz jelölést kapott. 2013-ban a Llewyn Davis világa című filmdrámában a kompromisszumképtelenségébe belebukó művész hiteles portréját rajzolták meg fanyar humorral, jóllehet ők maguk azon kevesek közé tartoznak, akik nem buktak bele kísérletezéseikbe. A tavaly forgatott, abszurd fordulatokkal tűzdelt Ave Caesar Hollywood aranykorába repíti a nézőt. 2014-ben ők jegyezték az Angelina Jolie által rendezett Rendíthetetlen forgatókönyvét, amely a hosszútávfutó olimpikon, második világháborús hadifogoly Louis Zamperini kalandokban bővelkedő életét meséli el, majd Steven Spielberg hidegháborús kémfilmjének, a Kémek hídjának forgatókönyvét készítették el, 2016-ban a Fox Stúdió Dark Web című thrillerének forgatókönyvét tették le az asztalra. Az idén vágtak bele első tévésorozatuk rendezésébe, ráadásul saját ötletükből a forgatókönyvet is ők írják. Az alkotás részleteiről még keveset tudni, de annyi bizonyos, hogy egy klasszikus westernnel lepik meg a nézőket.