Nato a San Pietro Magisano, frazione di Magisano (in provincia di Catanzaro), subito dopo la sua nascita il padre emigra in Argentina per raggiungere il nonno, ivi trasferitosi per motivi di lavoro, e Gianni trascorre quindi infanzia e adolescenza con la madre e la nonna; l'assenza della figura paterna sarà infatti una costante in molte sue opere. Frequenta il liceo classico P. Galluppi di Catanzaro e successivamente l'Università di Messina, dove si laurea in filosofia e comincia ad interessarsi di cinema. Organizza proiezioni e dibattiti in diversi circoli culturali, prediligendo le tematiche neorealiste. Entra nella redazione della rivista Giovane Critica con il ruolo di critico cinematografico e letterario.
Nel 1982 gira il suo primo film, Colpire al cuore, presentato al Festival di Venezia, che affronta il tema del terrorismo nell'ottica di un rapporto contrastato tra padre e figlio, riscuotendo il favore della critica. I consensi si confermano nel 1987 con I ragazzi di via Panisperna, che racconta le vicende del gruppo di fisici di cui facevano parte, negli anni trenta, Enrico Fermi ed Edoardo Amaldi. Girato in due versioni - una più lunga per il piccolo schermo - ottiene numerosi riconoscimenti, tra cui il premio per la miglior sceneggiatura al Festival Europacinema di Bari, il premio per il miglior film al Festival di Abano Terme, e il Premio Valmarana. Nel 1989 il film Porte aperte, tratto dal romanzo omonimo di Leonardo Sciascia e interpretato da Gian Maria Volonté, lo lancia come autore di dimensioni internazionali e gli procura una nomination all'Oscar nel 1991. Vince inoltre 4 premi Felix, 2 Nastri d'argento, 4 David di Donatello e 3 Globi d'oro assegnati dalla stampa estera in Italia.
Nei quattro film che seguono Porte aperte, sviluppa tematiche legate alla realtà sociale con dolorosa partecipazione e sensibilità artistica. Con Il ladro di bambini, il suo maggior successo commerciale, vince nel 1992 il Gran premio speciale della giuria al Festival di Cannes e l'European Film Award come miglior film, oltre a 2 Nastri d'argento, 5 David di Donatello e 5 Ciak d'oro. Lamerica si aggiudica nel 1994 il premio Osella d'oro alla Mostra del cinema di Venezia, oltre al Premio Pasinetti come miglior film. Inoltre vince 2 Nastri d'argento, 3 David di Donatello e 3 Ciak d'oro. Quattro anni dopo, Così ridevano, probabilmente il suo lavoro di più difficile comprensione per il grande pubblico, vince il Leone d'oro alla Mostra del cinema di Venezia.
Alla 61ª edizione del Festival di Venezia si presenta in concorso con il film Le chiavi di casa, tratto dal romanzo di Giuseppe PontiggiaNati due volte, affrontando il tema di un padre che tenta di stabilire un rapporto col figlio disabile. Il film non vince nessun premio. Pochi mesi dopo viene selezionato come candidato italiano agli Oscar per il miglior film straniero, senza rientrare però nella cinquina dei finalisti. Il mese seguente si aggiudica il Nastro d'argento per la miglior regia. Una delle ultime fatiche di Amelio per il grande schermo è La stella che non c'è (2006), ispirato al romanzo di Ermanno ReaLa dismissione, ma liberamente adattato dal regista che ha voluto idealmente partire là dove il romanzo di Rea finiva. La storia racconta il viaggio che il protagonista (Sergio Castellitto) compie in Cina per rintracciare l'acciaieria dismessa dove ha lavorato per molti anni. Il film è stato presentato in concorso alla Mostra del Cinema di Venezia 2006.
Dal 1983 al 1986 ricopre la carica di insegnante nel corso di regista al Centro sperimentale di cinematografia. Nel 1992 viene nominato membro della giuria alla 49ª edizione della Mostra del cinema di Venezia, e nel 1995 ricopre le stesse mansioni al Festival di Cannes. Il 9 dicembre 2008 viene nominato direttore del Torino Film Festival che ha diretto fino alla trentesima edizione, nel 2012 quando ha una dura polemica per la sua gestione con Ken Loach.[1] Il 28 gennaio 2014 fa coming out dichiarandosi omosessuale sulle pagine del quotidiano la Repubblica.[2]
«Alla mia età sarebbe un po' tardivo, forse ridicolo. Altri dovrebbero essere i coming out davvero importanti, di chi froda il fisco per esempio, di chi usa la politica per arricchirsi. Comunque credo che chi ha una vita molto visibile abbia il dovere della sincerità: e allora sì, lo dico per tutti gli omosessuali, felici o no, io sono omosessuale»
^Copia archiviata, su cityrumors.it. URL consultato il 12 luglio 2017 (archiviato dall'url originale il 25 agosto 2017).