Hijo de inmigrantes que huyeron de los nazis, su padre era un pintor y pianista serbio y su madre descendía de una rica familia judía austriaca. Bogdanovich fue concebido en Europa pero nació en Estados Unidos en 1939. Originalmente actor en los 50, estudió el método con la legendaria profesora Stella Adlerm y solía aparecer en televisión y obras de teatro veraniegas. En los primeros 60, adquirió notoriedad al programar diversas películas en el museo MOMA de Nueva York. Cinéfilo obsesivo, llegando a ver 400 películas al año en su juventud, Bogdanovich mostraba principalmente obras de directores americanos como John Ford, -de quien escribiría un libro tras las retrospectivas del museo- y del entonces minusvalorado Howard Hawks. Bogdanovich también atrajo atracción hacia olvidados pioneros del cine americano tales como Allan Dwan.
Bogdanovich estaba influenciado por los críticos franceses de los 50 de Cahiers du Cinéma, especialmente por el critico convertido en director François Truffaut. Antes de él mismo convertirse en director, labró su reputación como critico en artículos en Esquire. En 1968, siguiendo el ejemplo de los críticos de Cahiers du Cinéma Truffaut, Godard, Chabrol y Eric Rohmer, quienes habían creado la Nouvelle Vague en sus propias películas, Bogdanovich se hizo director. Junto con su esposa, se trasladó a Los Ángeles, donde gracias a su persistencia rondando a los publicistas para conseguir invitaciones a fiestas y estrenos. En un pase, Bogdanovich estaba viendo una película mientras Roger Corman estaba sentado detrás de él. Corman mencionó que le gustó uno de sus artículos de cine en Esquire y establecieron conversación y Corman le propuso un trabajo de director a Bogdanovich, que ni parpadeó al aceptar. Trabajaron en la aclamada Targets (El héroe anda suelto) y en Las mujeres prehistóricas. Tiempo después Bogdanovich se referiría a Corman y su compañía como la mejor escuela de cine posible, cuando hizo su primera película en tres semanas.
De vuelta al periodismo, Bogdanovich entabló una larga amistad de por vida con el el legendario Orson Welles cuando lo entrevistó en el set de la adaptación por Mike Nichols de Catch-22 de Joseph Heller. Así pues, Bogdanovich con sus escritos ha tenido un gran papel en divulgar a Welles y su obra, principalmente en el libro This is Orson Welles (1992). Ha producido también valiosísimos libros sobre cine, especialmente Conversaciones con directores de leyenda, un imprescindible tomo que sitúa a Bogdanovich junto a Kevin Brownlow como el principal cronista de cine en lengua inglesa.
Bogdanovich frecuentemente realiza introducciones de películas en la afamada colección de DVDs de Criterion
El Bogdanovich de 32 años fue aclamado por la crítica como un "wellesiano" niño prodigio cuando The Last Picture Show (La Última Película), su más célebre película, se estrenó en 1971. La película recibió ocho candidaturas a los Oscar, entre ellas la de mejor director. Cloris Leachman y el veterano actor de las peliculas de John Ford, Ben Johnson obtuvieron los premios al mejor actor de reparto. Bogdanovich, que había contado con la modeló Cybill Shepherd para un papel protagonista, se enamoró de la joven belleza, asunto que condujo a su divorcio de la diseñadora de decorados Polly Platt, su colaboradora artística durante muchos años y madre de sus dos hijos.
A The Last Picture Show le siguió el gran éxito What's up Doc? (¿Qué me me pasa, doctor?, 1972), una alocada comedia deudora de de Bringing Up Baby (La fiera de mi niña, 1937) y His Girl Friday (Luna nueva, 1941) de Hawks, con Barbara Streisand y Ryan O'Neal. A pesar de su énfasis en hacer homenajes al cine clásico, Bogdanovich se labró su categoría de director estrella al lado de otros como Coppola o William Friedkin, con quienes formó "The Directors Company", un generoso acuerdo de producción con Paramount Pictures que básicamente daba a los directores carta blanca mientras se ciñeran al presupuesto. Bajo esta entidad se produjo el siguiente éxito de Bogdanovich, la aclamada Paper Moon (Luna de papel, 1973).
Paper Moon, una comedia de tiempos de la depresión con Ryan O'Neal, que consiguió que la hija de 10 años de éste, Tatum O'Neal ganará el oscar de actriz secundaria, marcaría el punto álgido de la carrera de Bogdanovich. Forzado a compartir los beneficios con sus colegas directores, Bogdanovich quedó insatisfecho con el trato. Así pues The Directors Company solo produciría 2 películas más, la aclamada The Conversation de Coppola, candidata al oscar de 1974 y que le dio el Oscar al mejor director, y Daisy Miller de Bogdanovich, película que obtuvo unas críticas muy diferentes.
La adaptación de la novela de Henry James Daisy Miller (1974) supuso el principio del fin de la carrera de Bogdanovich como popular y aclamado director. La película, protagonizada por Shepperd, la novia de Bogdanovich, fue vapuleada por la crítica y fue un fiasco en taquilla. La siguiente película de Bogdanovich, At Long Last Love un musical de Cole Porter protagonizado por Shepperd, fue calificada por los críticos como una de las peores películas de la Historia, siendo candidata a los premios "Golden Turkey" de peor película . El film fue además un fracaso en taquilla, a pesar de contar con Burt Reynolds, una superestrella de finales de los 70
De nuevo mirando hacia el pasado, Bogdanovich insistió en rodar los números musicales de At Long Last Love en directo, un método no usado desde los primeros tiempos del sonoro, cuando el ingeniero de sonido Douglas Shearer desarrolló la sincronización de los labios en Metro-Goldgwyn-Mayer. La decisión fue ampliamente ridiculizada ya que ninguno de los protagonistas era célebre por sus habilidades cantoras (el mismo Bogdanovich produjo el álbum -machacado por los críticos- de Shepperd cantando temas de Porter en 1974). La imagen pública de Bogdanovich pasó a ser la de un director arrogante ensimismado en su propia presunción
Intentando retomar el fulgor de sus primeros éxito, Bogdanovich de nuevo se centóo en el pasado y en su propio cine, con Nickelodeon (Así se formó Hollywood (1976)", comedia que hacía recuento de los primeros tiempos de la industria cinematográfica, juntando a Ryan y Tatum O'Neal de su último éxito Paper Moon con Reynolds. Aconsejado acerca de no emplear a la impopular entre los críticos Shepperd, Bogdanovich usó en su lugar a la debutante Jane Hitchcock como la cándida de la película. Desgraciadamente la magia de Paper Moon fue irrepetible y el film se hundió en la taquilla. El descubrimiento de Bogdanovich, Jane Hitchcok solo haría una película más en su carrear.
Tras una pausa de tres años, Bogdanovich volvió con "Saint Jack (1979)", de poco éxito critico y comercial, producida por Playboy Productions de Hugh Hefener. El largo romance de Bogdanovich con Shepherd había acabado en 1978, pero el trato hecho con el productor Hefner era parte de un acuerdo judicial sobre unas fotos de desnudos de "The Last Picture Show" "pirateadas" en Playboy. Bogdanovich pues lanzó la película que sería el Waterloo de su carrera "They All Laughed (Todos Rieron)", una comedia de bajo presupuesto con Audrey Hepburn y Dorothy Stratten, Miss Playboy 1980. En el rodaje, Bogdanovich se enamoró de Stratten, que estaba casada con el inestable buscavidas Paul Snider, quien dependía financieramente de ella. Stratten se fue a vivir con Bogdanovich y cuando ella le contó a Snider que le abandonaba, este la mató y sodomizó el cadáver antes de suicidarse.
"They All Laughed" no pudo atraer distribuidor debido a la negativa publicidad del asesinato de Stratten, a pesar de ser una de los pocas películas hechas por la legendaria Audrey Hepburn tras su provisional retiro de 1967 (La pelicula sería la última que Hepburn estrenará de protagonista). El destrozado Bogdanovich compró los derechos del negativo para que el público viera la película, pero tuvo un limitado lanzamiento con flojas críticas e hizo a Bogdanovich perder millones de dólares, llevando al desolado director a la bancarrota.
Bogdanovich retomó su primera vocación, la escritura para escribir de su fallecido amor "The Killing of the Unicorn, Dorothy Stratten 1960-1980", publicado en 1984. El libro era una respuesta al premiado artículo de Teresa Carpenter "Death of a Playmate", que cargaba contra Bogdanovich y Hefner , afirmando que Stratten era tan víctima de ellos dos como de su asesino Snider. El artículo sirvió de base a la película "Star 1980 (1983)" de Bob Fosse, en la que Bogdanovich era reflejado como el ficticio director Aram Nicholas.
La carrera de Bogdanovich como director importante estaba acabada, aunque obtuvo un éxito modesto con "Mask" en 1985. "Texasville (1990)" -secuela de su "The Last Picture Show"- fue una gran decepción de crítica y público. Dirigió dos películas de cine más en 1992 ("Qué ruina de función", genial comedia pero de moderado éxito) y 1993, pero su fracaso lo apartó de la gran pantalla hasta el 2001 con "The Cat's Meow". De nuevo volviendo al tema del pasado, esta vez al supuesto asesinato del director Thomes Ince por William Random Hearts (El auténtico Ciudadano Kane, bestia negra de Orson Welles) . The Cat's Meow fue un modesto éxito de crítica pero un fracaso en taquilla. Además de dirigir películas para TV, Bogdanovich ha vuelto a actuar, en un papel de estrella invitada en la serie Los Soprano como terapeuta de la Dr Melfi. Bogdanovich dirigió un capítulo de la 5ª temporada y ha realizado audiocomentarios del DVD para la serie.
La reputación personal de Bogdanovich sufrió por los rumores acerca de su matrimonio de 13 años con la hermana menor de Dorothy Stratten, Louse Hoogstraten, 29 años menor que él. Algunos rumores mantienen que el comportamiento de Bogdanovich era similar al de Scottie Ferguson, el personaje de James Stewart en la obra maestra necrófila de Hitchcock "Vertigo 1958)", y que Bogdanovich procuró modelar a Hoogstraten a la imagen de su fallecida hermana. El matrimonio acabó en divorcio en 2001
Se ha especulado que la quiebra de Bogdanovich como director era segura cuando abandonó a su mujer y colaboradora artística Polly Platt por Shephard. Platt trabajó con Bogdanovich en todos sus iniciales éxitos, y algunos críticos creen que el control creativo de "The Last Picture Show" lo llevaba Platt, de quién se separó después de "Paper Moon".
En 1998 la junta nacional de preservación de la Librería del Congreso incluyó "The Last Picture Show" es el registro cinematográfico nacional, honor concecido sólo a los filmes más prominentes y representativos culturalmente.
Hoy en día Bogdanovich presenta el programa "The Essentials" en TCM los sábados noche e interpreta al psiquiatra de la doctora Melfi en Los Soprano. También tiene un papel secundario haciendo de sí mismo en la serie-comedia "Out of Order"