Ha iniziato la sua carriera come pittore e regista sperimentale al Whitney Museum di New York City. I suoi film prendono un taglio documentaristico quando si occupa della Guerra centro-americana del 1980. Fra loro il premio Oscar Witness to War e When the Mountains Tremble. Sigel ha avuto la sua prima opportunità narrative con Latino, a film basato sulla sua stessa esperienza in combattimento.
Dopo aver fatto esperienza con la seconda unità di Oliver Stone in Platoon e Wall Street, Sigel stesso è divenuto un direttore della fotografia di tutto rispetto. I soliti sospetti è diventato un cult, e la sua elegante fotografia ha ispirato una intera generazione di film. Con Three Kings ha modificato la direzione della fotografia, grazie all'uso di particolari processi. Superman Returns è stato il primo film girato con la camera Panavision Genesis, ed è stato indicato come il segno di una nuova era digitale.
Fra I suoi lavori ricordiamo: Confessioni di una mente pericolosa e Leatherheads, con George Clooney; X-Men 1 e 2 con Bryan Singer; I fratelli Grimm di Terry Gilliam e, Towelhead che ha segnato l'esordio nella regia di Alan Ball. Sigel ha anche lavorato per il noir Blood and Wine di Bob Rafelson, con Jack Nicholson, e per Il Tocco del male con Denzel Washington.
Oltre ai suoi film documentaristici, Sigel ha diretto The Point of Origin per la HBO e The Big Empty con Selma Blair, che ha co-diretto con sua moglie, J. Lisa Chang. Operazione Valchiria è il sesto film nel quale Newton Thomas Sigel ha collaborato con Bryan Singer.