1928. július 26-án született New Yorkban, apja sebész, ősei az Osztrák-Magyar Monarchiából kivándorolt zsidók voltak. A tanulás helyett a zenélés, a sakk és a fényképezés foglalkoztatta, tizenhét évesen már a Look magazin fotósa volt, és a Modern Művészetek Múzeumának vetítésein igyekezett ellesni a filmszakma rejtelmeit. Huszonhárom évesen életbiztosítását felhasználva 12 perces dokumentumfilmet készített a bokszolók világáról, a főhős egy ökölvívó, akiről korábban a Life magazinnak készített fotóriportot. Első játékfilmjét 1953-ban forgatta Félelem és vágy címmel, a második világháborús témájú, háborúellenes alkotás nyomán kezdték megismerni a nevét a filmes szakmában. Az 1955-ös A gyilkos csókjával és a rasszizmus problémáját a középpontba állító Gyilkossággal már Hollywoodba is belépőt váltott. Az áttörést 1957-ben A dicsőség ösvényei hozta meg, a Kirk Douglas főszereplésével készült film az első világháborún keresztül mutatta be a militarizmust; kompozíciója, kamerakezelése és mondandója már az "igazi" Kubrickot idézi.

Egyetlen „hollywoodi” filmje 1960-ban a monumentális Spartacus volt, a címszerepben ismét Douglasszal, de az eredménnyel elégedetlen volt, mert a stúdiótól nem kapott mindenben szabad kezet. Zsarnoki és nyers természete, monomániás tökéletességre törekvése miatt nem sokan dolgoztak vele másodszor, Douglas például utólag hideg gazembernek nevezte. Az operatőr azért panaszkodott, mert átvette a munkáját, igaz, nem járt rosszul, mert Oscar-díjat kapott. 1962-ben cenzurális okok miatt Angliában forgatta a Nabokov nagy visszhangot és botrányt kiváltó regényéből készült Lolitát egy középkorú férfiról, aki megszállottan szerelmes egy tizenkét éves kislányba. A forgatást követően végleg a ködös Albionba költözött. Az 1964-es Dr. Strangelove, avagy rájöttem, hogy nem kell félni a bombától, meg is lehet szeretni című gyilkos szatírája a hidegháborús hisztériáról szól, a hármas szerepet játszó Peter Sellersszel.

1968-ban mutatták be a 2001: Űrodüsszeiát, minden későbbi sci-fi film elődjét és példaképét, ezért kapta egyetlen hollywoodi elismerését, a látványért járó Oscar-díjat. Legsokkolóbb műve az Anthony Burgess regénye alapján készített Mechanikus narancs (1971), egy technikailag fejlett, de erőszakos társadalom pesszimista víziója. A filmet először a cenzúra nem engedte bemutatni, aztán a rendező vonta vissza, mert állítólag több bűncselekményt "ihletett". Az 1975-ös, Thackeray műve alapján készült Barry Lyndon egyebek között arról nevezetes, hogy producere idegösszeomlást kapott, amikor Kubrick a korhű jeleneteket csak gyertyafénynél volt hajlandó forgatni. A ma is borzongató, Stephen King regényéből készült Ragyogás (1980), a főszerepben az őrületbe süllyedő alkalmi hotelgondnokot alakító Jack Nicholsonnal a Guinness Rekordok könyvébe is bekerült, mert egyik jelenetét 127 alkalommal vették föl. (Érdekes módon az író a műveiből készült legrosszabb feldolgozásnak nevezte a filmet.) 1987-ben a vietnami háborúról forgatta Acéllövedék című filmjét, utolsó alkotása a szenvedélyről és szerelemről szóló Tágra zárt szemek volt (1999). Ez is bekerült a Rekordok Könyvébe, mint a leghosszabb ideig, folyamatosan 400 napig forgatott film. Kubrick mítoszára jellemző, hogy a főszerepet alakító hollywoodi álompár, Tom Cruise és Nicole Kidman erre az időre Londonba költözött, a producerek pedig úgy adtak össze 65 millió dollárt, hogy csak az eredményt láthatták, a vetítés során még a gépésznek is hátat kellett fordítania a filmvászonnak.

A rendező 1995-ben még hozzákezdett a Mesterséges intelligencia (AI) című film munkálataihoz, amelyet az őt példaképének tekintő Steven Spielberg fejezett be, élete nagy álma, a Napóleon-film már nem teljesülhetett. Anti-Hollywood megtestesítője élete második felében visszavonultan és zárkózottan élt Nagy-Britanniában, a külvilággal csak telefonon és faxon tartotta a kapcsolatot. 1999. március 7-én halt meg London melletti otthonában szívroham következtében. Kubrick négy és fél évtized alatt mindössze 13 egész estés filmet rendezett, de ezek mindegyikére egy kutató alaposságával készült fel, már a forgatás első pillanata előtt minden részlet ott volt a fejében. Műveire a szuggesztív látásmód, az egyedi témaválasztás, a filozofikus tartalom és a sokkoló képi világ jellemző. Megkapta a velencei filmfesztivál Arany Oroszlán-díját, életművéért elismerte az amerikai rendezők társasága és a brit filmakadémia is, az utóbbi által adományozott életmű-díj 2000 óta Kubrick nevét viseli.

Örökségéhez tartozik a londoni házában felhalmozott több ezer dokumentum, forgatókönyv, fotó és rajz is, amelyekkel filmjeit előkészítette. Forgatókönyvei közt az egyik az amerikai polgárháborúban játszódó A lejtő, egy másik igaz történet egy papról, aki Amerika legnagyobb bankrablója lett (Istenfélő ember), a Holdkóros szabadlábon egy őrültek házából megszökött sorozatgyilkosról szól. Tavaly került elő a szinte forgatásra kész, elveszettnek hitt Burning Secret: Stefan Zweig kisregényének adaptációja egy nemesről szól, aki egy gyógyfürdőben egy nőt próbál elcsábítani, s közben összebarátkozik annak fiával. 2009-ben egy angol testvérpár rövidfilmet készített Kubrick Árja levelek című holokauszt témájú, félbehagyott filmjéből. Tavaly az eredeti premier ötvenedik évfordulóján a cannes-i filmfesztiválon levetítették a 2001: Űrodüsszeiát, az évforduló alkalmából a Pluto egyik holdjának hegycsúcsát is a rendezőről nevezték el.