David Pablos estudió en el Centro de Capacitación Cinematográfica (CCC). Recibió la Beca Fulbright para realizar una especialización en Dirección de Cine en la Universidad de Columbia en Nueva York, y en 2009 fue seleccionado para participar en el Berlinale Talent Campus.

En 2008 participa en el Festival Internacional de Cine de Morelia (FICM) con su cortometraje La canción de los niños muertos (2008), el cual ganó el Premio a Mejor Cortometraje y participó en la Semana de la Crítica en Cannes. En 2010 su película documental Una frontera, todas las fronteras (2010) se estrenó en el IDFA (International Documentary Film Festival Amsterdam).

En 2013, su largometraje La vida después (2013) fue seleccionada en la Biennale de Venecia. Su película Las elegidas (2015) se presentó en el 68° Festival de Cine de Cannes, se estrenó en México en el FICM y en la 58 edición de los premios Ariel ganó a la Mejor Película, Mejor Dirección, Mejor Fotografía, Mejor Revelación Femenina y Mejor Guión Original. Su tercer largometraje de ficción, El baile de los 41 (2021), estrenó en Netflix, a nivel mundial, y ganó ese mismo año 4 premios Ariel, entre los que destacan Mejor Actor y Mejor Dirección de Arte.

Su más reciente filme, En el camino (2025), producido por Diego Luna, se estrenó en la Biennale de Venecia donde obtuvo el Premio Orizzonti a la Mejor Película y el premio Queer Lion. Es miembro de la Academia de Artes y Ciencias Cinematográficas (AMPAS).