Aos 23 anos, dirigiu Dona Flor e seus dois maridos (1976), adaptação de Jorge Amado que se tornou o recordista de público do cinema brasileiro, visto por mais de dez milhões de espectadores. Filho dos produtores Luiz Carlos e Lucy Barreto, teve desde a infância contato com diretores do Cinema Novo, como Glauber Rocha, Nelson Pereira dos Santos e Carlos Diegues. Começou profissionalmente ainda muito jovem, aos 18 anos, em 1972, quando dirigiu o longa-metragem Tati, a garota, baseado no conto homônimo de Aníbal Machado. Radicado nos Estados Unidos, dirigiu, em 1990, Assassinato sob duas bandeiras (A show of force), e desde então alterna produções americanas e brasileiras. Seu gosto por adaptações literárias, demonstrado em seus dois primeiros filmes, está presente ainda em A estrela sobe (1974), baseado em romance de Marques Rebelo, O beijo no asfalto (1980), a partir da peça de Nelson Rodrigues, e Gabriela, cravo e canela (1982), um retorno a Jorge Amado. Seus filmes O romance da empregada (1987), Além da paixão (1984) e Amor bandido (1978), surgiram de argumentos originais. Em 1997, dirigiu O que é isso, companheiro?, indicado ao Oscar de melhor filme estrangeiro, e em 2000 fez Bossa Nova (2000), em que dirigiu sua mulher Amy Irving. Nos EUA dirigiu ainda O coração da justiça (The heart of justice, 1992), Atos de amor (Carried away, 1995) e Entre o dever e a amizade (One tough cop, 1997). Em 2003, lança Voando alto (A view from the top), produção da Miramax, com direção de fotografia de Affonso Beato. Como produtor fez O caminho das nuvens (2003), de Vicente Amorim. Em 2005, lançou O casamento de Romeu e Julieta, comédia romântica baseada em romance de Mário Prata, que foi distribuído pela Buena Vista. Em 2007, lançou Caixa 2, baseado na peça de Juca de Oliveira. Em 2008, lança Última parada - 174, ficção com roteiro escrito por Bráulio Mantovani baseada nos acontecimentos que deram origem ao documentário Ônibus 174, de José Padilha. Última parada - 174 foi selecionado para a mostra Special Presentations do Festival de Toronto.