Ha studiato antropologia e inglese all'università di Georgetown, laureandosi nel 2002.[3] Durante i corsi di filosofia conosce Mike Cahill, con cui inizia un sodalizio artistico, scrivendo e producendo assieme vari cortometraggi. Continua gli studi all'American Film Institute Conservatory di Los Angeles, portando come tesi finale il cortometraggio The Recordist, interpretato dall'amica Brit Marling.
Nel 2013 dirige The East, altra collaborazione con la Marling, che è co-sceneggiatrice e interprete del film. Anche il suo secondo lungometraggio viene presentato al Sundance Film Festival.
Nel 2015 dirige alcuni episodi della serie televisiva Wayward Pines. Assieme a Brit Marling ha sviluppato il progetto di una serie televisiva, intitolata The OA, che ha debuttato su Netflix nel dicembre 2016.[4]