Tras licenciarse en la Ingeniería de Electricidad y Electrónica de la Universidad de Boğaziçi en Estambul, recibió educación de cine durante dos años en la Universidad de Mimar Sinan. Ceylan rodó su primera película cortometraje Koza (Capullo) en 1995, con que debutó en el mundo de cine, y logró figurar en el Festival de Cine de Cannes. En 1997 rodó su primera película de largo alcance de tres secciones, autobiográfica y pastoral Kasaba (Pequeño pueblo) y en 1999 filmó la meta-película Mayıs Sıkıntısı (Nubes de mayo) que mantiene la autobiografía de los primeros dos filmes. 'Nubes de mayo' fue proyectada en la sección de competición del Festival de Cine de Berlín.

La película dramática Uzak (Lejano) producida en 2002 de Ceylan que compitió en la edición 56 del Festival de Cine de Cannes recibió el Gran Premio del Jurado ('Grand Prix'), el segundo premio importante del festival tras la Palma de Oro.

Iklimler (Climas), el cuarto filme de largo alcance de Ceylan, fue aceptado en la sección de competición del Festival de Cine de Cannes en 2006. Se trata de una película con presupuesto más alto rodada por Ceylan. La película fue completada con la tecnología de visión digital y se convirtió en la primera película de la que no fue director cinematográfico. Otra particularidad de la película es que Ceylan y su esposa Ebru Ceylan figuraron como protagonistas.

En 2008 se hizo con el premio del Festival de Cannes al mejor director por la película Üç Maymun (Tres monos). Ceylan dedicó su galardón a su bello país y solitario, que le encanta con pasión. En la edición 64 del Festival de Cine de Cannes se hizo merecedor del premio del Gran Premio del Jurado por su cinta Bir Zamanlar Anadolu'da (Érase una vez en Anatolia).

El filme "Kış Uykusu" (Sueño de invierno) de Ceylan ganó la Palma de Oro en la edición 67 del Festival de Cine de Cannes en 2014, de tal manera una película turca ganó este premio por segunda vez tras la película Yol (Camino) del director Yılmaz Güney.

Dicha cinta, inspirada en relatos de Chejov, Leon Tolstoi y Fedor Dostoievski fue la más larga en participar en la edición 2014 del Festival y la más larga en la historia del evento en alzarse con una Palma de Oro.

El proyecto más reciente de Ceylan es una cinta sobre la inmigración turca en América Latina, en particular en Colombia.