Diplomirao je filmsku režiju na FAMU u Pragu. Prvi značajniji filmovi su mu
Kud puklo da puklo (1974.) i
Bravo Maestro (Velika Srebrna arena u Puli1978). Treći igrani film
Samo jednom se ljubi (1981) po mnogima je njegovo najbolje ostvarenje. Najveći međunarodni uspjeh postigao je idilično - tjeskobnom pričom iz Drugog svjetskog rata
Đavolji raj (That summer of white roses) (1989), nagrađenom Grand Prixom i nagradom za režiju na festivalu u Tokiju. Ostali značajniji filmovi su mu
U raljama života (1984),
Za sreću je potrebno troje (1985) i
Čaruga (1991). Važnu scenarističku suradnju ostvario je sa srpskim filmašem Srđanom Karanovićem, također pripadnikom tzv. praške škole (zajedno su napisali scenarije za dva Grlićeva i tri Karanovićeva filma te kultnu Karanovićevu tv-seriju
Grlom u jagode). S Igorom Mirkovićem suautor je dugometražnog dokumentarnog filma
Novo, novo vrijeme (2001.) o političkoj atmosferi u vrijeme izbora na kojima je poražena dugogodišnja hrvatska vladajuća stranka HDZ. Pet godina kasnije u scenarističkoj suradnji s Antom Tomićem i prema njegovom romanu „Ništa nas ne smije iznenaditi“, režirao je komediju
Karaula (2006.). Također u suradnji s Tomićem i s Mikijem Manojlovićem u glavnoj ulozi režirao je
Neka ostane među nama (2010.). Jedan je od osnivača filmske škole u Grožnjanu, nazvane Imaginarna akademija, umjetnički direktor Motovun film festivala te profesor filma na Sveučilištu Ohio.