Pupi Avati, il cui vero nome è Giuseppe, nasce a Bologna il 3 novembre del 1938. La sua famiglia è di estrazione borghese, e Pupi si laurea alla facoltà di Scienze politiche, lavorando poi per circa quattro anni presso la Findus. Questo periodo non è per lui particolarmente piacevole. La sua prima passione è la musica jazz: suona infatti il clarinetto nella "Doctor Dixie Jazz Band" dal 1959 al 1962. Decide di abbandonare il gruppo quando entra a farvi parte un altro bolognese doc: Lucio Dalla.

Il motivo della separazione non è l'incompatibilità di carattere tra i due, quanto piuttosto una sana competizione artistica. Come dichiarerà lo stesso Pupi, la bravura di Lucio Dalla gli ha fatto comprendere la differenza tra passione e talento inducendolo a cercare la propria strada, che sarebbe diventata quella cinematografica. In famiglia per altro vi è già chi ha scelto quella stessa strada: il fratello maggiore, Antonio, è uno sceneggiatore e produttore.

L'esordio cinematografico avviene con due horror grotteschi: "Balsamus, l'uomo di Satana" (1968) con protagonista uno stregone nano e "Thomas e gli indemoniati". Quest'ultimo film vede la partecipazione di una Mariangela Melato alle prime armi. Il film non viene distribuito in Italia e, prima di mettersi nuovamente dietro la macchina da presa, Pupi Avati attende cinque anni. Partecipa intanto come sceneggiatore al film "Salò o le 120 giornate di Sodoma" di Pier Paolo Pasolini.

Nel 1974 gira il film di ispirazione felliniana "La mazurca del barone, della santa e del fico" con Ugo Tognazzi, Paolo Villaggio e Delia Boccardo. Tre anni più tardi gira, invece, il musical di carattere demenziale "Bordella" che viene censurato dalla critica e vede tra i suoi interpreti anche un giovanissimo Christian De Sica. Nello stesso anno, forse per dimenticare il flop di Bordella, gira nuovamente un film di ambientazione paranormale. Si tratta de "La casa dalle finestre che ridono", storia di un pittore che si ritrova a dover restaurare un affresco in una casa infestata da fantasmi.

Grazie al successo di quest'ultimo film, Avati lavora anche in televisione come sceneggiatore di "Jazz band" (1978) e "Cinema" (1979), due produzioni di carattere autobiografico che affrontano le sue passioni con qualche venatura nostalgica. Lo stesso tema sarà protagonista anche del film "Una gita scolastica" (1983) con Carlo delle Piane. La protagonista è una vecchia bolognese ultraottantenne che ricorda una vecchia gita scolastica. Il film viene premiato con due Nastri d'argento: uno per la migliore regia ed uno per il miglior soggetto originale.

Da questo momento la carriera di Pupi Avati è costellata di film di successo come "Regalo di Natale" (1986) che avrà anche un prosieguo con "La rivincita di Natale" (2004), e "Storie di ragazzi e di ragazze" (1989) vincitore nuovamente di due Nastri d'Argento per la miglior regia e la miglior sceneggiatura. Riceve il Nastro d'Argento per la regia anche per "Festival" (1996). Quest'ultimo film, con protagonista Massimo Boldi, è ispirato ad un episodio della vita artistica di Walter Chiari. Il film racconta di un attore comico che s'illude di aver vinto la Coppa Volpi al Festival del cinema di Venezia, l'atmosfera è dolce-amara.

Mentre si occupa di regia, continua anche a scrivere, pubblicando romanzi come "I cavalieri che fecero l'impresa", da cui trae anche l'omonimo film nel 1999, e una sua autobiografia: "Sotto le stelle di un film" (2008).

Torna alla regia nel 2003 dopo un periodo di pausa con il film "Il cuore altrove" con Neri Marcoré e Vanessa Incontrada; i due interpretano un insegnante e una ragazza cieca, protagonisti di una storia d'amore negli anni Venti. Inizia un periodo molto fortunato con una serie di film tra cui: l'autobiografico "Ma quando arrivano le ragazze" (2005) con Vittoria Puccini e Claudio Santamaria, "La seconda notte di nozze" con Katia Ricciarelli, Antonio Albanese e Neri Marcoré, "La cena per farli conoscere" (2007) con Diego Abatantuono e un importante cast femminile che comprende Vanessa Incontrada, Ines Sastre, Violante Placido e Francesca Neri, "Il papà di Giovanna" (2008) con Silvio Orlando, "Il figlio più piccolo" (2010).

Dal 1995 Pupi Avati è presidente della Fondazione Fellini, sorta anche come ringraziamento per uno dei registi di cui ha maggiormente subito l'influenza e del quale è diventato amico negli ultimi anni della sua vita.

La sua ultima fatica cinematografica è il film "Il cuore grande delle ragazze" (2011), film autobiografico con Cesare Cremonini e Micaela Ramazzotti presentato al Festival del cinema di Roma.

Colto da un malore durante la proiezione festivaliera del documentario dedicato a Lelio Luttazzi, si è presentato comunque alla prima del suo film.