1993年毕业于南京解放军国际关系学院，后服务军队两年。陆川毕业后的第一份工作是加入749部队。
1995年考取北京电影学院导演系研究生，1998年获得硕士学位。
1999年，陆川编剧的30集电视连续剧《黑洞》在全国播出。
2002年，陆川编剧、导演电影处女作《寻枪》，该剧剧本获得台湾“行政院新闻局”当年颁发的十大优秀华语电影剧本奖，影片入选威尼斯电影节竞赛单元
，同时陆川本人凭借该片获得“大学生电影节”最佳处女作导演等数十个奖项。
2004年，陆川编剧、导演电影《可可西里》，该片在国内获得华表奖等政府奖项多座，在国际获得东京国际电影节评委会大奖。凭借此片，陆川被美国杂志《Variety》评选为世界十大年轻导演。2006年，陆川受邀成为上海特奥会开幕式艺术总监，并创作开幕式影片。
2009年4月22日，陆川编剧并执导的第三部电影作品《南京！南京！》公映，影片先后获得第57届西班牙圣塞巴斯蒂安国际电影节最佳电影金贝壳奖、第3届亚太影展最佳导演奖、第4届亚洲电影大奖最佳导演奖等十几个国际大奖。并在美国获得洛杉矶影评人协会颁发的最佳外语片大奖。
2009年，陆川受邀成为上海世博会国家馆影像艺术总监，并参与世博会国家馆主展内容的设计工作。
2010年5月1日，陆川执导的世博会国家馆主展影片《历程》在国家馆49米层电影馆正式上映。2012年9月，陆川和北京国资委及国家体育场合作，以鸟巢为舞台成功编排并执导了大型实景演出《鸟巢·吸引》，这台音乐实景云集了包括谭晶，吴克群等众多明星的参与，在鸟巢成功演出三年；9月8日，陆川的第四部电影作品《王的盛宴》在多伦多电影节举行了全球首映，11月29日于内地公映，影片获得第17届亚洲电影大奖五项提名。
2014年，筹备编排大型室内秀演《丝路神话》；同年陆川编剧并执导电影《九层妖塔》，影片由赵又廷、姚晨主演。电影于2015年9月30日公映，取得了6.82亿的票房成绩，并获得2015中美电影节最佳导演、年度电影金天使奖，第七届欧洲万象国际华语电影节最佳导演、最佳影片奖。
2016年，陆川和迪士尼合作他的首部自然电影《我们诞生在中国》，该片于2016年8月12日在中国上映，并将于2017年4月在北美上映。
2016年初，纽约电影制片人宣布美国作家何伟（Peter Hessler）的畅销书《江城》（River Town）将被改编成电影，中国导演陆川将确定担任导演及制片人，与美方制作团队一同创作拍摄，本片现已进入前期筹备阶段。
2016年12月6日，由人民网、环球时报、环球网和《环球TIME》新闻客户端联合主办，环球网承办的2016环球风尚年度盛典召开，被授予“风尚领秀”人物。以表彰其凭借自身影响力，向全社会释放公益与时尚的跨界力量。
2017年6月，出任澳大利亚电影电视艺术学院奖（AACTA）最佳亚洲影片大评审团评审。
2021年1月16日，陆川作为“导演考核官”加入《我就是演员3》。
2021年7月20日15时，杭州2022年第19届亚运会开幕式主创团队发布，陆川担任杭州亚运会开幕式总导演。
2021年9月，由陆川担任总导演的都市医疗剧《非凡医者》举行了开机仪式。
2022年1月25日，北京冬奥组委公布北京冬奥会官方电影主创团队，陆川出任北京冬奥会官方电影总导演。
2015年4月11日，陆川微博称，认识我太太的时候，正是我最艰难的时光。不经意间回头都会看到她的身影和她的目光。这些温暖的记忆镌刻在心。婚姻是彼此的信任和承诺，我们已经准备好了。谢谢所有朋友的关心。随后，胡蝶转发该微博并写道：“缘来如此。感谢祝福！”
2015年6月15日，胡蝶与陆川在夏威夷毛伊岛举行婚礼，婚礼完成得相当低调和私密，只邀请了双方的亲朋挚友。10月22日，上午9:40，陆川发微博报喜，胡蝶已顺利生下儿子。
2020年11月24日，陆川宣布二胎得女。
陆川是一位叙事大师。像黑泽明或马丁·斯科塞斯，他善于在混乱的场景中凸显个体人物。《南京！南京！》非常有冲击力和震撼性地展示了女性在战争中所经历的折磨与煎熬，陆川真实地刻画了战争的复杂性及英雄主义（北美电影无界限网站Robin Menken的影评）。
陆川作为学院派的新生代导演，其本身是相当关心整个社会的大环境的，加之以主人翁的意识，会自主发出想对社会的文化导向产生干涉的行为。一开始的《寻枪》由于受到资金等方面的诸多限制，选择了个人化的描述方式。但同时也从一定程度上显示出新生代导演创作初期的彷徨和不安。到了《可可西里》和《南京！南京！》中，来自于导演内心的挣扎少了，电影在此时更多的成为创作者的工具，而不仅仅是作品（祝明 《陆川电影研究》）。
2016年1月7日，小说《鬼吹灯》作者张牧野认为电影《九层妖塔》侵犯了自己的著作权，将中国电影股份有限公司、《九层妖塔》导演陆川诉至北京市西城区人民法院。北京西城法院宣布已立案受理该案。
原告张牧野（笔名“天下霸唱”）诉称，《鬼吹灯》系自己创作的文学作品。中影公司和陆川将《鬼吹灯之精绝古城》改编拍摄成电影，并于2015年9月以《九层妖塔》之名在全国各大院线放映。电影《九层妖塔》的故事情节、人物设置、故事背景均与原著相差甚远，超出了法律允许的必要的改动范围，社会评价极低，构成对原著的歪曲和篡改，给原告造成了巨大的精神伤害，侵犯了原告的保护作品完整权，故请求法院判令二被告立即停止侵权行为，公开赔礼道歉、消除影响，并赔偿损失100万元人民币。