Lee Edward Unkrich naît le 8 août 1967 à Cleveland, dans l'Ohio, et grandit dans le quartier de Chagrin Falls, où il passe une bonne partie de son enfance comme jeune comédien sur la scène de la Cleveland Playhouse. Il obtient en 1990 son diplôme de l'école de cinéma de l'université de Californie du Sud, avant de travailler plusieurs années dans la télévision comme monteur et réalisateur. En 1994, il rejoint les studios Pixar, où il devient monteur sur Toy Story, premier long métrage entièrement animé par ordinateur de l'histoire du cinéma. Sa carrière évolue rapidement vers la coréalisation, avec Toy Story 2 en 1999, Monstres et Cie en 2001, puis Le Monde de Nemo en 2003 aux côtés d'Andrew Stanton. L'année 2010 marque un tournant décisif : il devient le seul réalisateur de Toy Story 3, une responsabilité qu'il assume avec un immense succès public et critique. En 2017, il coréalise Coco avec Adrian Molina, film qui confirme définitivement sa place parmi les grands cinéastes de l'animation. Il quitte Pixar en janvier 2019 après vingt-cinq ans de maison, avant d'y revenir en 2025 pour préparer, toujours avec Molina, la suite tant attendue de Coco.
Lee Unkrich cite volontiers Shining de Stanley Kubrick comme le film qui a le plus profondément marqué sa vocation de cinéaste, au point de consacrer un site personnel entièrement dédié à cette œuvre. Parmi ses autres films de chevet figurent Raising Arizona, Punch-Drunk Love ou Blue Velvet, des influences qui témoignent d'un goût affirmé pour le cinéma d'auteur américain, en apparence éloigné de l'animation familiale. Son passage par le montage a également façonné en profondeur sa sensibilité de réalisateur, lui donnant une conscience aiguë du rythme et de la construction émotionnelle d'une scène. Le studio Pixar dans son ensemble, où il a côtoyé John Lasseter et Andrew Stanton dès les débuts de Toy Story, constitue enfin le creuset de sa formation artistique.
Le cinéaste est reconnu pour sa capacité à faire naître une émotion profonde et sincère au cœur même du divertissement familial le plus spectaculaire. Son expérience de monteur transparaît dans une mise en scène d'une grande fluidité, où chaque plan semble pensé en fonction du suivant. Il n'hésite pas à aborder des thèmes graves, comme la perte ou la mort, avec une délicatesse qui a marqué aussi bien Toy Story 3 que Coco. Sa direction artistique se distingue également par un soin extrême apporté à la cohérence visuelle et culturelle de ses univers, particulièrement sensible dans la reconstitution du monde des morts mexicain.
Lee Unkrich remporte l'Oscar du meilleur film d'animation à deux reprises, en 2011 pour Toy Story 3 puis en 2018 pour Coco, une performance rare qui témoigne de la régularité de son talent. Toy Story 3 lui vaut également une nomination à l'Oscar du meilleur scénario original, ainsi qu'un Golden Globe et un BAFTA du meilleur film d'animation. En 2009, l'ensemble des réalisateurs de Pixar, dont lui-même, reçoit le Lion d'or honorifique pour l'ensemble de leur œuvre au Festival de Venise. Coco lui apporte de son côté un nouveau Golden Globe, un nouveau BAFTA et un Annie Award du meilleur film d'animation.
Sa collaboration avec Andrew Stanton, John Lasseter et l'ensemble de l'équipe historique de Pixar a façonné les deux premières décennies de sa carrière. Adrian Molina, avec qui il coréalise Coco puis prépare aujourd'hui sa suite, constitue son partenariat créatif le plus récent et le plus abouti. La productrice Darla K. Anderson accompagne également plusieurs de ses projets les plus emblématiques, dont Toy Story 3.
La perte, l'abandon et le passage du temps traversent une grande partie de son œuvre, qu'il s'agisse de jouets délaissés par un enfant devenu adulte ou d'un ancêtre menacé d'être oublié des vivants. La famille, biologique ou choisie, occupe également une place centrale dans ses récits. L'enfance, envisagée comme un territoire à la fois joyeux et fragile, structure enfin l'ensemble de sa filmographie, entre nostalgie assumée et regard tourné vers l'avenir.