Il est le fils de l'écrivain et résistant René Tavernier. Après avoir collaboré aux revues des Cahiers du cinéma et Positif, il travaille en 1961 comme attaché de presse au service du producteur Georges de Beauregard.
Après avoir été coscénariste pour le cinéaste Riccardo Freda, il réalise en 1973 son 1er long métrage L'Horloger de Saint-Paul. Ce polar (adapté de l'œuvre de Simenon) lui permet de remporter l'Ours d'argent au festival de Berlin et marque ses débuts avec son acteur fétiche, Philippe Noiret.
Il enchaîne ensuite avec une filmographie principalement axée sur les problèmes de société (les instances de justice dans Le juge et l'assassin, la violence juvénile dans L'Appât, ou encore l'administration policière dans L627) et les conflits historiques (la Ière guerre mondiale dans La Vie et rien d'autre et Capitaine Conan, La Guerre de Cent ans dans La Passion Béatrice, ou encore la période 39-45 dans Laissez-passer).
Certaines de ses œuvres sont aussi imprégnées de la culture américaine, pour laquelle il voue une certaine fascination (Coup de torchon adapté de l'auteur Jim Thomson, le très jazzy Autour de Minuit).
En 2008, il poursuit cette immersion dans l'univers yankee en dirigeant Tommy Lee Jones dans le film Dans la brume électrique.
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