Nació en Varsovia, 15 de septiembre de 1957. Su madre era catedrática en la Universidad de Varsovia en la facultad de filología inglesa. Su padre era médico respetado de procedencia judía, por lo que - en 1969, durante la oleada de propaganda antisemita - decidió exiliarse en Austria. La abuela paterna de Pawlikowski era médica judía y pereció en el campo de concentración de Auschwitz. En 1971, cuando Pawlikowski tenía 14 años, se mudó con su madre al Reino Unido. Luego vivió en Alemania, Italia y Francia. Finalmente se instaló en Inglaterra. En la primera etapa de estancia acudía a una escuela católica cerca de Londres, de la cual fue expulsado por falta de aplicación al estudio y desobediencia. En la etapa universitaria se dedicó a estudiar literatura y filosofía en Londres y Oxford. Durante su estancia en Oxford se inscribió en unos talleres cinematográficos. En 1986 realizó unas prácticas en la BBC, donde al principio se dedicó al rodaje de películas documentales. En los años 2004-2007 fue profesor universitario en la corporación académica Oxford Brookes University.
Dirigió su primer largometraje “Last Resort” cuando tenía 43 años. Con esta película ganó el premio BAFTA al mejor nuevo director, guionista o productor británico. En 2004 realizó “My Summer of Love” que fue galardonada con el premio BAFTA a la mejor película británica.
En 2011 terminó el rodaje de “La mujer del quinto”.
El primer bosquejo de una película sobre una monja quien, al enterarse de que ella misma es judía, se entera sobre unos elementos olvidados de la historia polaca se creó en 2009 y llevaba el título de Sister of Mercy. Pawlikowski escribió el guion junto con Cezary Harasimowicz y en 2010, pero rechazó dicho guion y escribió una versión completamente nueva, sobre cuya base surgió ¨Ida¨, ganadora de muchos premios y fue galardonada con el Óscar.
Además Pawlikowski fue el primer director de cine polaco en toda la historia de la Palma de Oro en Cannes en recibir este premio en la categoría de la mejor dirección. En diciembre de 2018 recibió el Premio del Cine Europeo a la mejor película y el mejor guion. ¨Zimna wojna¨ se consideró la mejor película europea del año 2018. El 22 de enero de 2019 Pawlikowski fue nominado a los premios de la Academia a la mejor dirección por dicha película.
