Sau khi tốt nghiệp Khoa Biên kịch, Trường Đại học Sân khấu và Điện ảnh Hà Nội, Phan Đăng Di làm việc tại Cục Điện ảnh Việt Nam trong 6 năm trước khi trở thành một nhà làm phim độc lập. Anh mong muốn xây dựng một đội ngũ đạo diễn trẻ để tạo nên “làn sóng mới” (new wave) cho nền điện ảnh nước nhà.
Anh bắt đầu sự nghiệp đạo diễn bằng hai phim ngắn là “Khi Tôi Hai Mươi” (2006) và “Sen” (2005). Năm 2008, “Khi Tôi Hai Mươi” là bộ phim Việt Nam đầu tiên được chọn tham gia Liên hoan phim quốc tế Venice.
Bộ phim “Chơi Vơi” (đạo diễn Bùi Thạc Chuyên) do anh viết kịch bản đã giành giải thưởng FIPRESC tại Liên hoan phim Venice năm 2009 và được đề cử giải Kịch bản xuất sắc nhất tại Giải thưởng Điện ảnh châu Á 2010.
Bộ phim truyện dài đầu tay của Phan Đăng Di với nhan đề “Bi, đừng sợ!” (2009), do anh sản xuất, viết kịch bản và đạo diễn, đã được trình chiếu tại hàng chục liên hoan phim trên thế giới và giành được nhiều giải thưởng, trong đó có hai giải Tuần lễ Phê bình (Critics’ Week) tại Liên hoan phim Cannes năm 2010.
Năm 2015, bộ phim “Cha và con và…”, tác phẩm điện ảnh thứ hai của Phan Đăng Di, trở thành bộ phim Việt Nam đầu tiên được lựa chọn tranh giải ở hạng mục chính của Liên hoan phim quốc tế Berlin.
Gần đây nhất, anh đạo diễn “Chàng dâng cá, nàng ăn hoa”, một tập phim nằm trong series “Truyền thuyết ẩm thực” do HBO Asia sản xuất.
Phan Đăng Di là nhà sản xuất của “Đập cánh giữa không trung”, bộ phim truyện dài đầu tay của đạo diễn Nguyễn Hoàng Điệp. Phim thắng giải Tuần phê bình phim quốc tế Venice bên lề Liên hoan phim Venice 2014. Anh cũng tham gia sản xuất “Culi không bao giờ khóc”, dự án phim truyện dài đầu tay của đạo diễn Phạm Ngọc Lân, được chọn tham gia Liên hoan phim Cannes 2017 ở hạng mục The Cinefondation’s Atelier và được Quỹ Điện ảnh Thế giới tại Liên hoan phim Berlin 2019 chọn tài trợ kinh phí. Bộ phim đang trong quá trình sản xuất.
Phan Đăng Di cũng tham gia giảng dạy Lịch sử Điện ảnh, Biên kịch và Đạo diễn tại Đại học Quốc gia Hà Nội và Đại học Quốc gia TP.HCM. Anh là nhà sáng lập Gặp Gỡ Mùa Thu, một khóa học và sự kiện điện ảnh quốc tế thường niên được tổ chức tại Đà Nẵng.
