Agustí Villaronga nació en Mallorca en 1953, de familia feriante, nieto de titiriteros y ambulantes hasta que su abuela murió de tuberculosis cuando su padre era un niño. Tuvo que hacerle frente a la guerra y alistarse con 15 años. Desde muy pequeño tenía pasión por el cine, jugaba a hacer proyecciones con dibujos, cajas de cerillas y linternas. A los 14 años decidió ser director.
Cuando acabó el colegio escribió a Roberto Rosselline a su escuela de cine en Roma, quien le contestó que primero debía acabar la universidad. Fue al colegio de Jesuítas y después se matriculó y licenció en Barcelona en Geografía e Historia. Poco después de empezar la carrera, conoció a Víctor García, con quien empezó a recorrer Europa y América interpretando 'Yerma', de Lorca.
Ha trabajado de profesor de imagen, de director artístico, decorador, estilista y realizador de vídeos de moda. Su primera inmersión en el mundo cinematográfico fue con sus cortos 'Anta mujer' en 1976, 'Laberint' en 1980 y 'Al Mayurka' en el mismo año. En 1987 rodó su primer largometraje 'Tras el cristal', que fue seleccionada para el festival de berlín.
En 1989, Julián Mateos y Maribel martín le producen 'El niño de la luna', galardonada con un premio Goya al mejor guion original, pero recibió muchas críticas por parte del público. En 1992 se retira temporalmente de la ficción y se traslada a 'Al-Andalus: las artes islámicas en España'.
Regresó en 1997 con '99.9' como realizador de guión. El film se presentó a numerosos festivales, como el de Montreal, Toronto, Roma, Sitges, La Habana y el Fantafestival, donde se alzó con dos premios además del premio Meliés de plata a la mejor película fantástica europea.
En el 2000 sacó 'El mar', una película 'Íntegramente suya' y con la que regresó como autor. Fue presentada en el Festival de Berlín y nominada al Oso de Oro. Tuvo reconocimiento internacional y ganó el premio Manfred Salzberg a la innovación. Al año siguiente, el director de cine recibió el Premio Nacional de Cine de Cataluña.
En 2002, junto a Isaac P. Racine y Lydia Zimmermann producen un falso documental, 'Aro Tolbukhin: en la mente del asesino', mezclando estilos, géneros y formatos. Fue galardonado con el Premio Ariel como mejor guión original y nominado a la mejor película y dirección.
Por otra parte, adaptó un texto teatral para la realización en formato televisivo de 'Después de la lluvia', en 2007, la cual no obtiene una importante acogida. En el tintero se quedaron obras como la 'Mort de primavera', 'Bárbaros de Occidente' y 'La Giganta', un proyecto en el que uno de los productores huyó con el dinero después de conseguir los apoyos financieros sin que se sepa nada hasta la fecha.
En 2010 estrenó 'Pan negro'. Se presentó al Festival de Cine de San Sebastián y consiguió la Concha de Plata a la mejor actriz. Asimismo ganó 9 premios Goya. En 2011 fue Galardonado con el Premio Nacional de Cinematografía y, la misma película fue seleccionada para competir por el Óscar a la mejor película de habla no inglesa.
En 2012, Villaronga recibió numerosos galardones por su trayectoria, como el premio honorífico del Festival Internacional de Cine y Artes Escénicas Gay-Lesbo y Trans de Bilbao (Zinegoak), el premio Jordi Dauder de la Muestra de Cine Latinoamericano de Cataluña, y un homenaje del Spanish Cinema Now en Nueva York.