provincia de Valencia. Su abuelo, Fidel García Berlanga (1859-1914), era miembro activo del Partido Liberal de Sagasta, a finales del siglo XIX, llegando a ser diputado en Cortes en Madrid y presidente de la diputación de Valencia. Su padre, José García-Berlanga (1886-1952), comenzó también su militancia en el Partido Liberal, para luego pasar al partido de centro derecha de Lerroux, el Partido Radical, y más tarde afiliarse al partido de centro izquierda burgués de Martínez Barrio, Unión Republicana.Los orígenes de su madre, Amparo Martí, fueron mucho más humildes, ya que venía de una familia de emigrantes de Teruel que se establecieron en Valencia. Su tío materno, Luis Martí Alegre, llegó a ser presidente de la Caja de Ahorros de Valencia.
Durante su juventud se unió a la División Azul para evitar represiones políticas por el cargo de gobernador civil que su padre había desempeñado en Valencia durante la República española. En 1990, el propio Luis reconoce que se alistó pues muchos de sus amigos eran miembros jóvenes destacados de FE de las JONS. Sobre su ideología azul en aquellos años son muchos los testimonos de divisionarios que compartieron con él las trincheras en Rusia, como, por ejemplo, José Luis Amador de los Ríos.
De joven, decidió estudiar Derecho y luego Filosofía y Letras, pero más tarde, en 1947, cambió su vocación e ingresó en el Instituto de Investigaciones y Experiencias Cinematográficas de Madrid, donde realizó sus primeros cortometrajes.
Fue un gran aficionado al erotismo, recabando una enorme colección de material sobre el tema (principalmente literatura) y llegó a codirigir de 1979 a 2004 en Tusquets Editores una colección literaria de esta temática que otorgaba un premio, el Premio La Sonrisa Vertical, en el que era presidente del jurado.
Se casó en 1954 con María Jesús Manrique de Aragón (n. 1921) y fueron padres de cuatro hijos: José Luis García-Berlanga Jorge Berlanga (1958-2011), Carlos Berlanga (1959-2002) y Fernando García-Berlanga.
Debutó como director en 1951 con la película Esa pareja feliz, en la que colaboraba con Juan Antonio Bardem. Junto a éste, se lo considera uno de los renovadores del cine español de posguerra. Entre sus películas destacan títulos célebres de la historia del cine español, como El verdugo o Bienvenido, Mister Marshall. Trabajó en siete ocasiones con el guionista Rafael Azcona, y de esta asociación surgieron algunas de las películas más célebres del cine español, además de las citadas, como La escopeta nacional.
Su cine se caracteriza por su mordaz ironía y sus ácidas sátiras sobre diferentes situaciones sociales y políticas. En la etapa de la dictadura franquista despuntó su habilidad para burlar la censura de la época con situaciones y diálogos no excesivamente explícitos pero de inteligente contralectura y consiguió llevar a cabo proyectos tan atrevidos como Los jueves, milagro.
Su película Plácido fue nominada para el Óscar a la mejor película de habla no inglesa en 1961. En 1980 obtuvo el Premio Nacional de Cinematografía, en 1981 la Medalla de Oro de las Bellas Artes, en 1986 el Premio Príncipe de Asturias de las Artes y en 1993 el Goya al mejor director por su película Todos a la cárcel. El 25 de abril de 1988 fue elegido miembro de la Real Academia de Bellas Artes de San Fernando, e ingresó al año siguiente con un discurso titulado "El cine, sueño inexplicable".
Obtuvo premios y galardones internacionales en los más importantes festivales, como Cannes, Venecia, Montreal y Berlín. En el Festival de Karlovy Vary fue elegido como uno de los diez cineastas más relevantes del mundo. Además, poseía un incontable número de reconocimientos nacionales.