Il entame sa carrière dans le 7e art comme scénariste en 1987 avec Seule avec toi d’Eduardo Campoy. La même année, il écrit Barrio altos de José Ignacio Berlanga, puis l’année suivante Baton rouge de Rafael Moleon, qui lui vaut sa première nomination au Goya du meilleur scénario original, qu’il partage avec Rafael Moleon. En 1990, il est nommé au Goya du meilleur scénario original pour la deuxième fois, pour Seule avec toi qui sort cette année-là. Il écrit le scénario de Belmonte, réalisé par Juan Sebastian Bollain, en 1995, puis en 1997 celui de Al limite d’Eduardo Campoy. Après avoir été deuxième assistant réalisateur sur Attache moi de Pedro Almodovar en 1989, c’est en 1995 qu’il fait ses débuts de réalisateur avec Personne ne parlera de nous quand nous serons mortes, dont il est aussi scénariste. Il y signe un portrait de femme en cavale interprétée par Victoria Abril. Le film est une réussite puisqu’il est nommé à 8 Goyas, remporte celui du meilleur film et vaut à Diaz Yanes à la fois le Goya du meilleur jeune réalisateur et celui du meilleur scénario original.Agustin Diaz Yanes dirige à nouveau Victoria Abril dans son film suivant, Sans nouvelles de Dieu, dans lequel la comédienne est un ange envoyé sur Terre depuis le Paradis pour sauver l’âme d’un boxeur face à Penélope Cruz. Il a écrit et réalisé ce deuxième film en 2003 et a été nommé aux Goya du meilleur réalisateur et du meilleur scénario original. En 2006, il dirige Viggo Mortensen dans Capitaine Alatriste (distribué en France en 2008).
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