Gillo Pontecorvo 1919-ben született Pisában, bátyja Bruno Pontecorvo, neves atomfizikus volt, s kezdetben ő is vegyészmérnöknek tanult. Csak a második világháború kitörése után döntött úgy, hogy a kémcsövek helyett az újságírást választja. A háború után több olasz lapnak is dolgozott párizsi tudósítóként, ám amikor megnézte Roberto Rosselini Paisá-ját, érdeklődése középpontjába a film került. Kamerát vásárolt, és dokumentumfilmek készítésébe vágott, miközben Joris Ivens holland dokumentarista asszisztenseként is dolgozott.
Első komolyabb sikerét 1956-ban érte el Giovanna című filmjével, amely egy textilgyár munkásnőinek sztrájkját örökítette meg. Első nagyjátékfilmjét egy évvel később forgatta, Yves Montand-nal. A nagy kék országút egy kis halászfalú mindennapi küzdelmeit állította középpontba.
Legzajosabb sikerét Az algíri csata című filmjével érte el, 1965-ben. Ebben a francia-algíri háború egyik kegyetlen epizódja, az algíri Kasbahért vívott harc kapcsán feszegette a hatalom, és az annak megtartásáért, illetve megszerzéséért alkalmazott erőszak kényes kérdéseit. A film Velencében Arany Oroszlánt nyert, Oscar-díjra jelölték, ugyanakkor Franciaországban betiltották, és csak 1971-ben vetítették egy rövid ideig, majd hosszú szünet után csak 2004-ben került a film a francia közönség elé, amikor is Pontecorvot meghívták a Cannes-i Filmfesztivál díszvendégének.
Többi filmjében is a hatalom és a társadalmi elnyomás kérdéseire fókuszált (A kápó, Quiemada, Ogro).
