Né le 24 juillet 1965 à New York, fils du célèbre avocat Arthur Liman, Doug Liman débute par des films indépendants tournés avec des moyens réduits, dont Swingers en 1996, comédie culte sur la scène des célibataires de Los Angeles qui révèle Vince Vaughn. Il confirme avec Go en 1999, récit choral nocturne à la structure éclatée, avant de passer au grand spectacle avec La Mémoire dans la peau en 2002, premier volet de la saga Jason Bourne qui redéfinit les codes du film d'espionnage moderne. Il enchaîne avec Mr. & Mrs. Smith en 2005, immense succès commercial porté par Brad Pitt et Angelina Jolie, puis Jumper en 2008. Il poursuit avec Edge of Tomorrow en 2014, film de science-fiction salué par la critique, American Made en 2017 avec Tom Cruise, puis Chaos Walking et Road House en 2024. Il continue d'alterner productions indépendantes et blockbusters d'action tout au long de sa carrière.
Liman revendique l'influence du cinéma indépendant américain des années 1990 pour son goût du tournage rapide et des équipes réduites, une méthode qu'il conserve même sur ses plus grosses productions. Sa passion personnelle pour le pilotage d'avions et les sports extrêmes nourrit directement son sens du réalisme physique dans ses scènes d'action. Il cite également l'influence du cinéma d'espionnage réaliste pour La Mémoire dans la peau, qu'il a voulu débarrasser des artifices gadgets traditionnels du genre.
Sa mise en scène privilégie un réalisme physique marqué, avec des cascades et des scènes d'action tournées le plus souvent possible en conditions réelles plutôt qu'en effets numériques. Il affectionne un style caméra à l'épaule proche du documentaire, hérité de ses débuts indépendants, qu'il conserve même dans ses productions les plus spectaculaires. Il est également connu pour un processus créatif volontiers improvisé, retravaillant scénarios et scènes en cours de tournage plutôt qu'en suivant une préparation rigide.
Doug Liman n'a pas reçu de récompense cinématographique majeure, son cinéma s'inscrivant essentiellement dans le registre du divertissement d'action et du film indépendant plutôt que dans celui recherché par les grandes cérémonies. Il a néanmoins été salué à plusieurs reprises par la critique pour le renouvellement du genre du film d'espionnage initié avec La Mémoire dans la peau.
Il a retrouvé à plusieurs reprises l'acteur Tom Cruise, notamment sur Edge of Tomorrow et American Made, une collaboration marquée par un goût commun pour les cascades réalistes. Il a également travaillé avec Matt Damon sur La Mémoire dans la peau, rôle qui a durablement associé l'acteur à la franchise Bourne par la suite.
L'identité trouble et la perte de repères de personnages confrontés à un passé caché ou à des pouvoirs inattendus reviennent de façon constante dans son œuvre, de La Mémoire dans la peau à Jumper. La défiance envers les institutions et les agences gouvernementales constitue également un motif récurrent de ses films d'action et d'espionnage. L'improvisation et la prise de risque, aussi bien dans la vie de ses personnages que dans sa méthode de tournage, traversent enfin l'ensemble de sa filmographie.