Il descend d'une famille d'origine kabyle du village de Taguemount-Azouz, dans le département de Tizi-ouzou en Algérie. En 1988, il commence à perdre la vue à cause d'une maladie héréditaire, il compense par la photographie et le cinéma[1]. Après des études d'architecture à Brasilia, Karim Aïnouz suit une formation en théorie du cinéma à l'université de New York (NYU). De l'architecture à la peinture en passant par la photographie, Karim Aïnouz se spécialise dans le cinéma expérimental.
Il évolue au début des années 1990 dans le milieu du cinéma américain. Il commence en travaillant pour le réalisateur Todd Haynes sur son film Poison (1991), d'abord comme assistant de casting puis comme assistant monteur. Il travaillera aussi sur deux films : Swoon (1992) de Tom Kalin et Postcards from America (1993) de Steve McLean.
C'est aussi à cette période que Karim Aïnouz commence le tournage de ses deux premiers courts-métrages comme réalisateur : O Preso (1992) et Seams (tourné en 1990 et complété en 1993). Seams est un mélange entre le journal intime et le documentaire, utilisant le Super 8 et le VHS. Le documentaire reçoit notamment le prix de meilleur court-métrage au Atlanta Film Festival(en) (1994) et à celui du Ann Arbor Film Festival dans le Michigan (1994).
Il tourne ensuite Paixão Nacional (1994) et Hiç Habitat Felicitas (1996).
Ses installations sont exposées dans différentes manifestations comme la biennale du Whitney Museum of American Art (1997), la biennale d'art de São Paulo (2004) et la biennale de Sharjah (2011). Il a aussi collaboré avec Olafur Eliasson pour son installation vidéo Your Empathic City pour Videobrasil Festival. Il en fera un documentaire, Domingo, projeté au Festival du film international de Rio en 2014.
Son long métrage, Praia do Futuro (2014), est tourné en Allemagne et au Brésil. Le film est sélectionné en compétition officielle pour l'Ours d'Or à la Berlinale de 2014[6].
Il participe à la réalisation du documentaire Cathedrals of Culture en partenariat Wim Wenders. Le projet du film en 3D est de traiter de l'âme des bâtiments. Karim Aïnouz a choisi de filmer le Centre Pompidou. Le documentaire est projeté à la Berlinale en 2014.
