Mamoru Oshii nasce a Tokyo nel 1951; appassionato di cinema e fantascienza sin da piccolo, uno dei suoi registi preferiti è Andrej Tarkoskij col quale in seguito condividerà molte ideologie. Dopo la laurea alla Tokyo Gakugei Daigaku, conseguita nel 1976, inizia a lavorare in una radio come direttore della programmazione. Insoddisfatto, decide allora di seguire la sua passione e l'anno seguente entra alla Tatsunoko di Tatsuo Yoshida, lavorando subito come assistente animatore nella serie Kagaku ninjatai Gatchaman II (La battaglia dei pianeti) e come regista di alcuni episodi della serie Zendaman delle Time Bokan Series. Nel 1978, dopo l'improvvisa morte di Yoshida, molti dirigenti ed animatori lasciano lo studio Tatsunoko, e da questa diaspora nascono la Ashi Production e lo Studio Pierrot, fondato da Yuji Nunokawa e Hisayuki Toriumi, dove dopo poco approda anche Mamoru Oshii. Qui avrà modo di mettersi alla prova e farsi conoscere, arrivando alla regia generale già nel 1981, con il progetto della serie Urusei Yatsura (Lamù la ragazza dello spazio), tratta dal manga di Rumiko Takahashi, di cui dirige ben 128 episodi su 197. Infatti è con questo lavoro che inizia a delinearsi la personalità del "Oshii-autore" ma solo con il secondo film delle serie "Beatiful Dreamer" che tutta l'ideologia "oshiiana" esplode. Come accade in molti casi simili il film sarà un flop al botteghino e verrà apprezzato solo dopo molti anni. Il 1984 è l'anno dei primi videoregistratori ed intuendo il successo della nuova macchina, lo Studio Pierrot realizza il primo OAV della storia "Dallos" diretto da Hisayuki Toriumi e dallo stesso Oshii: è anche il primo lavoro dove possiamo riscontrare i famosi cani robot con gli occhi rossi (in seguito chiamati Kerberos), simbolo distintivo di molte opere successive del maestro. Del 1985 invece è l'opera più controversa e criptica di Oshii, anche la prima ad essere basata su personaggi e sceneggiatura originali, Tenshi no Tamago, dove profondi sono i riscontri con il vecchio ed il nuovo testamento. L'anno successivo è il turno del primo capitolo, con un film live, della serie Kerberos: Jigoku no Banken: aka megane; seguito nel 1988 dal manga Kenrō densetsu e conclusa nel 1991 con un altro live film, Jigoku no banken: kerberos (in occidente Stray Dog). Nel 1988 Oshii entra a far parte del primo progetto multimediale della storia dell'animazione giapponese denominato Headgear, di cui fanno parte anche Masami Yuki, Kazunori Itō, Akemi Takada e Yutaka Izubuchi. Da questo connubio nascerà la serie Patlabor, su soggetto originale di Yuki che ne farà anche il manga, ad Oshii sarà affidata la regia dei primi 6 OAV e dei primi due film. Sarà infatti con il secondo lungometraggio, Kidō keisatsu Patlabor 2 gekijōban, che il nostro raggiungerà notorietà non solo in Giappone ma anche nel resto del mondo. Il 1995 è l'anno della consacrazione definita con l'uscita di Kokaku kidotai (Ghost in the Shell) tratto dal manga omonimo di Shirow Masamune. Nel 1996 scrive e produce un film di fantascienza dal vivo, intitolato Remnant 6, dopo il quale si dedica alla creazione di un suo vero e proprio staff (Team Oshii) con il quale affrontare tutti i progetti ancora nel cassetto. Infatti dopo tre anni di lavoro nel 1999 esce Jin-Roh, di cui Oshii ha scritto il soggetto e la sceneggiatura traendoli dal manga Kenrō Densetsu, per la regia del giovane Hiroyuki Okiura. Gli inizi del nuovo millennio vedono il maestro ritornare a produrre e dirigere film dal vivo stavolta pero' con attori europei e girato completamente in Polonia: Avalon. Dello stesso periodo è anche il romanzo Blood the last vampire: night of the beasts da cui seguirà anche un film dal titolo Blood: the last vampire diretto da Hiroyuki Kitakubo. Finalmente nel 2004 da seguito alla sua opera più famosa, con il ritorno della squadra 9 in "Ghost in the Shell: Innocence", ampliando ulteriormente i temi di "individualità" già affrontati nel primo capitolo.
Sky Crawlers è il suo ultimo film di animazione in ordine temporale vincitore di diversi premi e candidato anche al Leone d'oro alla mostra di Venezia. Nel 2009 è autore del soggetto originale del film "Miyamoto Musashi soken ni haseru yume" e della regia del film live "Assault Girls".