Rodák ze Santiago de Chile narozen 31. dubna 1972. Je synem Španělky a Chilana. Rodině se povedlo opustit Chile ještě před nástupem Pinochetova totalitního režimu. Amenábar tak od jednoho roku vyrůstal ve Španělsku. V Madridu vystudoval vědeckou informatiku, potom se však začal věnovat studiu scenáristiky a nakonec ho plně pohltil zájem o film. Když mu bylo devatenáct, napsal, produkoval a režíroval svůj první krátký film La cabeza. V roce 1992 zaujal krátkým snímkem Himenóptero, ke kterému si rovněž napsal hudbu a kde fungoval také jako střihač. Ve třiadvaceti debutoval celovečerním snímkem Tesis (1996), který také produkoval a který mu jako nejzajímavějšímu novému režisérovi a scenáristovi vynesl cenu Goya. Jeho film Otevři oči, ke kterému ho inspiroval psychothriller Alfreda Hitchcocka Vertigo, měl ve Španělsku mimořádný úspěch a získal si i mezinárodní popularitu. Vynesl svému autorovi mj. čestné uznání na MFF v Berlíně a Velkou cenu na MFF v Tokiu. O pět let později natočil v Hollywoodu Cameron Crowe jeho remake pod názvem Vanilkové nebe s Tomem Cruisem, Cameron Diazovou a Penelope Cruzovou, která se objevila už v původní verzi.