Rocha nació en Vitória da Conquista (Bahia, Brasil) y se trasladó con su familia a Salvador de Bahía cuando sólo tenía nueve años de edad, estudiando allí en una famosa y respetada escuela presbiteriana. Durante su adolescencia, desarrolló un gran interés por las artes, especialmente el teatro y el cine, e incluso se unión a un grupo teatral. Fue muy activo en política, un rasgo que sería muy influyente en sus obras. A los dieciséis años comenzó a trabajar como free lance para un periódico local y debutó como crítico de cine. Más tarde, acudió a clases de Derecho durante unos dos años y en 1959, después de intervenir en algunos proyectos como asistente, finalmente dirigió su primer corto, "Pátio". Después de obtener cierto reconocimiento en Bahia por su obra y crítica artística, Rocha decidió dejar los estudios y seguir una carrera como periodista, además de director de cine. Es famoso por su trilogía compuesta por “Deus e o Diabo na Terra do Sol” (1964) –quizá su película más aclamada, nominada para la Palma de Oro-, “Terra em Transe” (1967) y “O Dragão da Maldade Contra o Santo Guerreiro” (1969, también conocida como “Antonio das Mortes”), que obtuvo el premio al mejor director en Cannes. Sus películas eran conocidas por sus temas políticos expresados de manera fuerte, a menudo combinados con misticismo y folklore, pero también por su particular estilo y fotografía. Rocha está considerado como uno de los mejores directores brasileños de todos los tiempos y líder del movimiento Cinema Novo, así como un polemista a tiempo completo. En una ocasión, dijo "Yo soy el Cinema Novo", parafraseando la famosa cita de Luis XIV.
En 1971, durante el régimen dictatorial militar brasileño, se marchó del país en un exilio voluntario, viviendo en muchos lugares, tales como España, Chile y Portugal. Nunca volvió definitivamente a su país natal hasta sus últimos días, cuando fue desde Lisboa, donde había recibido tratamiento médico por una infección pulmonar, hasta Río de Janeiro. Rocha resistió en el hospital durante varios días, pero al final falleció el 22 de agosto de 1981, a los cuarenta y tres años de edad.