Né le 5 décembre 1967 à Santa Cruz de Tenerife, Juan Carlos Fresnadillo s'installe à Madrid en 1985 pour y étudier le cinéma et la photographie, avant de débuter comme assistant de production sur des courts métrages. En 1987, il crée sa propre société de production, qui lui permet de réaliser plusieurs courts métrages et films publicitaires. Il se fait connaître du public espagnol en 1996 avec Esposados, court métrage en noir et blanc nommé à l'Oscar du meilleur court métrage en prise de vues réelles et récompensé par une quarantaine de prix nationaux et internationaux. Fortement marqué par la catastrophe aérienne de Tenerife survenue en 1977, il s'en inspire pour son premier long métrage, Intacto, sorti en 2001, adaptation d'un roman de Primo Levi qui lui vaut le Goya du meilleur nouveau réalisateur. En 2007, il réalise 28 semaines plus tard, suite du film à succès de Danny Boyle, portée par Robert Carlyle, Jeremy Renner et Idris Elba, qui le fait connaître à l'international. Après l'échec commercial du thriller de science-fiction Intruders en 2011, il attend plus de dix ans avant de revenir avec La Demoiselle et le Dragon, superproduction Netflix sortie en 2024 portée par Millie Bobby Brown.
Juan Carlos Fresnadillo puise dans un traumatisme personnel et collectif, la catastrophe aérienne de Tenerife survenue en 1977 dans sa ville natale, la matière profonde de son premier long métrage Intacto. Sa formation en photographie et en cinéma à Madrid nourrit un sens aigu de la composition visuelle, perceptible dès ses premiers courts métrages. Son travail sur 28 semaines plus tard s'inscrit directement dans l'héritage du cinéma de zombies relancé par Danny Boyle, qu'il s'efforce de prolonger tout en y apportant sa propre sensibilité de cinéaste espagnol. Le roman de Primo Levi qu'il adapte pour Intacto révèle également un intérêt pour les récits métaphysiques questionnant le hasard, la chance et le destin.
Le cinéaste privilégie un cinéma de genre exigeant, mêlant tension psychologique et ambition visuelle, comme le démontre la construction complexe et onirique d'Intacto. Sur 28 semaines plus tard, il opte pour une mise en scène plus frontale et spectaculaire, à la mesure des ambitions d'un cinéma de studio international, tout en conservant une tension psychologique propre à son cinéma espagnol d'origine. Son retour tardif avec La Demoiselle et le Dragon, superproduction à gros budget destinée à une plateforme de streaming, témoigne d'une capacité à s'adapter aux nouvelles formes de production du cinéma contemporain. Il alterne ainsi entre projets personnels plus modestes et productions internationales de studio, sans jamais renoncer à une exigence de mise en scène affirmée dès ses débuts.
Son court métrage Esposados a été nommé à l'Oscar du meilleur court métrage en prise de vues réelles en 1997. Son premier long métrage, Intacto, a remporté le Goya du meilleur nouveau réalisateur en 2002 ainsi que le prix du meilleur film au festival portugais de Fantasporto, sur un total de huit nominations aux Goyas cette année-là.
Le studio britannique Fox Atomic et le producteur Andy Nicholson l'ont accompagné sur 28 semaines plus tard, prolongeant l'univers créé par Danny Boyle et Alex Garland. Il a dirigé à plusieurs reprises des acteurs internationaux de premier plan, de Robert Carlyle à Jeremy Renner, en passant par Clive Owen sur Intruders et Millie Bobby Brown sur La Demoiselle et le Dragon.
Le hasard et le destin, questionnés à travers le prisme d'un roman de Primo Levi dans Intacto, structurent la réflexion philosophique la plus personnelle de son œuvre. La catastrophe et la survie collective face à une menace incontrôlable, qu'il s'agisse d'une épidémie virale dans 28 semaines plus tard ou d'un traumatisme d'enfance dans Intruders, occupent également une place importante dans sa filmographie. Le deuil et la mémoire traumatique, en écho direct à la catastrophe aérienne de Tenerife qui l'a personnellement marqué, irriguent en profondeur son cinéma le plus intime. Enfin, le conte merveilleux et l'aventure fantastique, abordés plus récemment avec La Demoiselle et le Dragon, marquent une évolution vers un cinéma familial et grand public.