Отар Иоселиани родился 2 февраля 1934 года в Тифлисе (ныне — Тбилиси), Грузинская ССР.

Учился на механико-математическом факультете МГУ. В 1965 году окончил режиссёрский факультет ВГИКа (мастерская А. Довженко).

В 1962 году Иоселиани поставил короткометражную ленту «Апрель», а в 1964 году снял документальный фильм «Чугун», показав в нём один день работы металлургического завода. Уже для этих фильмов был характерен оригинальный режиссёрский стиль, который ярко проявился в его первой полнометражной картине «Листопад» (1966 год), удостоенной в Каннах приза ФИПРЕССИ и приза Жоржа Садуля за лучший дебют. В 1971 году на экраны вышел фильм «Жил певчий дрозд», а в 1976 году режиссёр поставил «Пастораль», получившую приз ФИПРЕССИ на Берлинском фестивале.

С начала 1980-х годов Отар Иоселиани работает во Франции, там он снял несколько документальных и короткометражных картин: в 1984 году фильм «Фавориты луны», удостоенный на Венецианском кинофестивале Специального приза жюри. Этой же премией были отмечены ещё два фильма Иоселиани — «И стал свет» (1989 год) и «Разбойники. Глава VII» (1996 год). В 1999 году на экраны вышел фильм Отара Иоселиани, в котором он сыграл и одну из главных ролей — «Прощай, дом родной!» (в российском кинопрокате получивший название «Истина в вине»).