Barry Sonnenfeld esordisce come direttore della fotografia. Nel 1991 fa il suo esordio registico col campione d'incassi La famiglia Addams , versione cinematografica di una celeberrima serie televisiva degli anni Sessanta, grande successo di pubblico, di cui anni dopo dirigerà anche il seguito (molto meno spettacolare dal punto di vista degli effetti speciali ma più divertente e coinvolgente). Il punto più alto della carriera del regista è raggiunto con il geniale Get shorty (1997) che, oltre a rilanciare definitivamente John Travolta, appena sgodanato da Tarantino, è forse il più feroce, sarcastico e divertente atto d'accusa nei confronti del mondo dello spettacolo. Nel 1998 arriva una produzione finalmente adeguate alle attese del regista: è l'ora di Men in black : la pellicola esce durante il giorno dell'indipendenza, un anno dopo un altro mega successo fantascentifico, Independence day (1997) di Roland Emmerich. Entrambi i film hanno come protagonista Will Smith ed entrambi incassano moltissimo. L'accoppiata Sonnenfeld-Smith ritorna l'anno dopo con Wild Wild West (1999), ma stavolta è un flop clamoroso. Grottesco ma non divertente, rozzo e volgarotto, il film copre appena le spese e viene presto dimenticato: solo la colonna sonora vende bene, grazie alla performance del poliedrico Smith.
Dirige altre commedie di poco rilievo come Big Trouble - Una valigia piena di guai e Vita da camper, mentre il suo nome resta legato alla fortunata saga di Men in Black, del quale dirige altri due episodi con i fedelissimi Will Smith e Tommy Lee Jones.
Attualmente sta dirigendo alcuni episodi di Una serie di sfortunati eventi di Netflix, e presto produrrà Come d'incanto, il sequel di animazione del grande successo del 2007 con Amy Adams.
In veste di produttore, Sonnenfeld ha realizzato tra gli altri Space Chimps, Ladykillers e Big Trouble - Una valigia piena di guai (che ha anche diretto). Come produttore esecutivo ha firmato il film Out of Sight, la serie di Netflix Una serie di sfortunati eventi e il documentario An Honest Liar. Sonnenfeld ha cominciato la sua carriera come direttore della fotografia e in questa veste ha collaborato spesso con i fratelli Coen, firmando la fotografia di film come Blood Simple - Sangue facile, Arizona Junior e Crocevia della morte. Ma come direttore della fotografia ha anche lavorato con registi del calibro di Rob Reiner in Harry ti presento Sally e Misery non deve morire, e di Penny Marshall in Big.