伊丹十三生于京都一个演艺家庭，受其父亲——日本作家及导演伊丹万作的影响，自小对电影艺术产生了浓厚的兴趣
1959年，26岁的伊丹十三在朋友帮助下，伊丹十三加入了大映公司成为一名小演员，永田雅一给他起了个艺名“伊丹一三”。
二十世纪六十年代，伊丹十三汇集了出演外国电影时候的外景拍摄出版了随笔《欧洲无聊日记》，后依次发表了《女人们啊！》之类轻松的随笔。
1961年，伊丹十三从大映公司辞职。1963年，出演了由尼古拉斯·雷执导的战争历史片《北京55天》。1969年，伊丹十三改名为“伊丹十三”。
1970年代，伊丹十三制作了一系列电视纪录片，加入并参加了电视节目制作公司电视工作者联盟，参与了《想去远方》等电视纪录片的制作，自己写了报告书。而且从《日本社会故事大全》、《比小说更奇妙》看来，他在里面所用的独特的口述记录手法也反映了这个时期的经验。在七十年代后半期伊丹担任《午间秀》的采访记者，他尝试以擅长的细腻画面感染力在演播室描绘犯罪现场。伊丹十三在读了岸田秀的《懒惰的精神分析》后被他所主张的唯幻论倾倒了，《恒温箱中的大人》是伊丹在接受岸田关于唯幻论的讲解的对谈。
1981年，伊丹十三出版了杂志《Mononcle》，并担任主编，这本杂志是在采纳岸田派思想为中心的现代思想的杂志，但是杂志在第6期就停刊了。几篇与伊丹十三有关的文章收录在《我们自己啊！》里面。
1983年，参演由市川昆执导的剧情片《细雪》，获得电影旬报奖最佳男配角奖。同年，出演由森田芳光执导的动作片《家族游戏》，获得电影旬报奖最佳男配角奖。
1984年，在伊丹十三51岁的时候，在ATG的资助下以电影导演的身份自编自导电影处女作《葬礼》，获得超过30个电影奖项，入选日本《电影旬报》百大电影之列。该片以信子的父亲的葬礼为契机，仅用了一周的时间就完成了剧本。在这部作品里，伊丹十三发掘出在作为演员、随笔家、记录片作家、商业广告作家、插图画家、商业设计师的所有经验中的生动的故事。
1985年，执导富娱乐精神的行业喜剧片《蒲公英》，以喜剧手法描写食欲和性欲未分化人们，进一步竖立了影像风格，建立了“伊丹电影”这一流派。
1987年，拍摄了取材于国税局监查部俗称“钱查”的讽刺喜剧片《查之女》，该片由宫本信子、山崎努合作主演，揭露了社会的丑恶与不公，获得《电影旬报》最佳影片奖、蓝绶带奖。
1992年，伊丹十三拍摄了一部嘲讽日本黑社会题材的喜剧片《民暴之女》，该片由宫本信子、渡边哲合作主演。5月22日晚，伊丹十三在自己家附近被持有利器的5人团伙袭击暴打，脸和手臂负重伤，经过三个月的治疗才痊愈，他们对伊丹十三在该片中将黑帮分子描绘为恃强凌弱的恶棍很不满，于是伺机报复。喜剧片住院期间的经历启发了他下一部电影《大病人》，一部讽刺日本医疗系统的影片。
1993年，执导由三国连太郎、津川雅彦合作主演的剧情片《大病人》。
1995年，执导改编自大江健三郎的家庭自传小说的剧情片《静静的生活》，该片讲述了关于一个父母外出姐姐美智子和智障弟弟伊奥度过的不寂静的夏天的故事。
1997年，伊丹十三因袭击事件而接受贴身保护的经验被拍成了喜剧片《受监护的女人》，且片中女主角宫本信子是他妻子。
1960年，伊丹十三与川喜多长政和川喜多槠子的女儿川喜多和子结婚。
1969年，伊丹十三通过山口瞳做媒和女演员宫本信子结婚，和宫本之间育有二子。伊丹十三对家务和孩子的培养非常关心，同时也著书和译书。长子万作是直接用伊丹父亲的名字命名的。
1997年，伊丹十三被狗仔队诽谤，为表示抗议，他以跳楼的方式自杀身亡，享年64岁。
2000年，诺贝尔文学奖得主大江健三郎出版了一部以他和伊丹十三为原型的小说《被偷换的孩子》。
威尼斯电影节
日本电影学院奖
伊丹十三看到那些原本名不见经传的小演员们在出演了他的作品以后，其魅力与实力也逐渐被认可，并开始在影坛活跃起来时，他总是非常高兴。他那笑容我一辈子也忘不了，我希望在这个“伊丹十三奖”中也承载着这份感情。
作为大器晚成的泰斗级导演，伊丹十三的电影与他的生活几乎没有界限。他的“行业喜剧”，对日本电影的影响不可估量。唯一的不同是，电影《民暴之女》里那些坚信“正义不会败”的主角们最终击败了黑帮，导演本人却不堪舆论的诽谤自杀了。
