Fabrizio Cattani intraprende una carriera nel cinema autoproducendo cortometraggi come L'abito e Mattina, vincitore del premio della critica a EuropaCinema-Viareggio. Nel 2007 firma Il Rabdomante, vincitore di circa venti premi in festival nazionali e internazionali, e due anni dopo realizza Maternity Blues (uscito nel 2012), un dramma intimista tratto dal testo teatrale "From Medea". Presentato alla Mostra di Venezia nella sezione "Controcampo italiano" con menzione speciale, il film riceve riconoscimenti importanti tra cui il Premio Tonino Guerra per la sceneggiatura e il Globo d'Oro della stampa estera. Nel 2016 torna dietro la macchina da presa con Cronaca di una passione, pellicola ispirata alla crisi economica post-2008, che vince i premi come Miglior Film, Miglior Regia e Miglior Attrice protagonista all'Urban International Film Festival di Teheran e all'Eurasia International Film Festival di Mosca. Nel 2025, completa Io non ti lascio solo, tratto dal romanzo omonimo. Oltre al cinema, nel 2012 Cattani è tra gli ideatori e direttori artistici del Festival del Cinema Città di Spello - Le professioni del cinema. Sempre in ambito documentaristico, nel 2014 dirige Comm'è bella 'a muntagna stanotte, backstage sul set del film Torneranno i prati di Ermanno Olmi.