Friedrich Wilhelm Plumpe dorastał w rodzinie mieszczańskiej: jego ojciec pracował w fabryce sukna, a matka była nauczycielką. Edukację rozpoczął w gimnazjum w Kassel, a później studiował filologię i historię sztuki w Berlinie i Heidelbergu. Podczas studiów występował w teatrze studenckim, gdzie poznał Maxa Reinhardta, który umożliwił mu studia w swojej szkole aktorskiej. W czasie wojny służył w I Gwardyjskim Pułku Piechoty i siłach powietrznych. W 1919 roku Murnau powrócił do Berlina, by rozpocząć tam pracę filmowca. Współpracował m.in. ze scenarzystą Carlem Mayerem, którego scenariusze posłużyły sześciu kolejnym filmom. Murnau jako pierwszy (wraz z operatorem Karlem Freundem) wprowadził opcję ruchomej kamery, co umożliwiło uzyskanie nowych perspektyw, a także czyniło obraz bardziej subiektywnym, widzianym oczami jednego z bohaterów. Dzięki temu sposobowi kręcenia reżyser mógł prawie całkowicie zrezygnować z napisów pojawiających się między poszczególnymi scenami, co było nietypowe dla kina niemego. Sukcesy w Niemczech i amerykańska ekranizacja „Der letzte Mann” zwróciły na Murnaua uwagę Hollywood. Murnau otrzymał propozycję kontraktu od amerykańskiego producenta Williama Foxa i w 1926 roku wyjechał do USA. Pierwszy amerykański film jaki nakręcił, „Sunrise”, został uhonorowany trzema Oskarami. Film nie przyniósł jednak oczekiwanych zysków, efektem czego były naciski ze strony wytwórni i mniejsza wolność artystyczna reżysera. W kolejnym, dźwiękowym filmie, „Miejska Dziewczyna”, Murnau nie miał już żadnego wpływu na naniesiony w postprodukcji podkład dźwiękowy. Rozczarowany realiami Hollywood Murnau zerwał kontrakt z Foxem i wyjechał na Thaiti, by tam nakręcić film nie ograniczany przez producenta, co jednak wiązało się z kłopotami finansowymi. Ostatecznie „Tabu” zostało zakupione przez Paramount, które zaoferowało także reżyserowi dziesięcioletni kontrakt. Murnau nie dożył jednak premiery filmu. Zmarł 11 marca 1931 roku w klinice w Santa Monica, w wyniku obrażeń po wypadku samochodowym. Jego ciało zostało przewiezione do Berlina, gdzie został pochowany.