Né le 23 septembre 1974 à Brisbane, en Australie, Garth Davis grandit dans cette ville puis sur la Gold Coast. Il débute sa carrière dans la publicité et la réalisation de films institutionnels avant de se faire remarquer à la télévision en réalisant plusieurs épisodes de la minisérie Top of the Lake, créée par Jane Campion, en 2013. Il réalise à quarante-deux ans son premier long métrage, Lion, adapté de l'histoire vraie de Saroo Brierley, un jeune garçon perdu en Inde puis adopté par une famille australienne et parti des années plus tard à sa recherche à l'aide de Google Earth. Porté par Dev Patel, Rooney Mara et Nicole Kidman, le film est nommé six fois aux Oscars, dont celui du meilleur film. En 2018, il réalise Marie Madeleine, drame biblique avec Rooney Mara dans le rôle-titre et Joaquin Phoenix dans celui de Jésus. Il signe ensuite le film de science-fiction Foe, avec Saoirse Ronan, sorti en 2023, puis Le Remplaçant en 2024. Il travaille aujourd'hui sur la série À l'est d'Éden, adaptation du roman de John Steinbeck.
Le cinéma de Garth Davis se distingue par une attention portée aux émotions intimes de ses personnages plutôt qu'au spectacle, y compris dans des sujets à forte portée dramatique ou historique. Sa mise en scène, héritée de son expérience publicitaire, privilégie une image soignée et une direction d'acteurs sensible, qui a permis à Dev Patel et Nicole Kidman d'obtenir chacun une nomination aux Oscars pour Lion.
Lion, son premier long métrage, obtient six nominations aux Oscars en 2017, dont celles du meilleur film, du meilleur second rôle masculin pour Dev Patel et du meilleur second rôle féminin pour Nicole Kidman.
L'actrice Rooney Mara le retrouve à deux reprises, dans Lion puis dans le rôle-titre de Marie Madeleine.