Né Maurice Félix Thomas le 2 février 1876 à Paris, Maurice Tourneur étudie aux Beaux-Arts avant de travailler comme assistant du sculpteur Auguste Rodin et du peintre Puvis de Chavannes, puis comme dessinateur et décorateur de théâtre. Il devient acteur puis régisseur au sein de la compagnie d'André Antoine, jouant près de quatre cents pièces jusqu'en 1911. Il s'intéresse au cinéma dès 1912, d'abord comme assistant d'Émile Chautard pour la société Éclair, avant de passer à la réalisation avec Figures de cire, Les Gaîtés de l'escadron et Fille de pirates. En 1914, maîtrisant l'anglais, il est envoyé par Éclair aux États-Unis, où il devient rapidement l'un des cinéastes les plus admirés de son temps, à l'égal de D.W. Griffith ou Cecil B. DeMille, avec des œuvres marquantes comme Une pauvre petite fille riche (1917) avec Mary Pickford, L'Oiseau bleu (1918) ou Victory (1919). En 1918, il fonde sa propre maison de production. Une brouille avec la Metro-Goldwyn-Mayer en 1927, alors qu'il tournait L'Île mystérieuse d'après Jules Verne, précipite son retour en France, où il réussit la transition vers le parlant en dirigeant Jean Gabin, Fernandel, Harry Baur ou Louis Jouvet. En 1942, il réalise ce qui est considéré comme son chef-d'œuvre du parlant, La Main du diable, conte fantastique d'après Nerval avec Pierre Fresnay. Victime d'un accident qui le fait amputer d'une jambe en 1949, il cesse toute activité cinématographique et meurt le 4 août 1961 à Paris. Il est le père du réalisateur Jacques Tourneur.
Pionnier majeur du cinéma américain naissant, Tourneur se distingue par sa composition picturale, son sens du montage et sa direction d'acteurs, définissant le cinéma comme un art consistant à créer des effets qui suscitent des réactions émotionnelles ou intellectuelles.
Il a notamment tourné à plusieurs reprises avec l'actrice Mary Pickford durant sa période américaine, et a compté parmi ses plus proches interprètes français Jean Gabin, Fernandel, Harry Baur et Pierre Fresnay.
Son œuvre, qui traverse le muet et le parlant, oscille entre grand spectacle romanesque, souvent adapté de la littérature d'aventure, et fantastique élégant, comme en témoigne son adaptation de Nerval dans La Main du diable.