Agustí Villaronga nasceu em 4 de março de 1953 em Palma de Maiorca, seus avós eram marionetistas itinerantes e seu pai era filho da Guerra Civil Espanhola, fato que ressurgiria repetidamente na filmografia do diretor. Desde a infância, seu pai incentivou seu amor por filmes e, desde cedo, ele queria se tornar diretor de cinema. Ele trabalhou como ator e fez alguns curtas.

Villaronga estreou na direção em 1986 com o filme Tras el cristal, selecionado pelo festival de cinema de Berlim, recebendo elogios da crítica e muitos prêmios. Tras el cristal já mostra alguns dos elementos-chave da filmografia de Villaronga: uma infância perturbada marcada pela violência e uma descoberta precoce da sexualidade.

Em 1992, ele fez um documentário, Al Andaluz, produzido pela Segetel e pelo MoMa da cidade de Nova York. Por alguns anos, Villaronga tentou, sem sucesso, encontrar financiamento para adaptar um romance de Mercè Rodoreda, Muerte en Primavera. Em vez disso, ele teve que fazer alguns trabalhos por comissão. Um deles era El pasajero clandestino, um projeto feito para a televisão que carecia das características pessoais de sua filmografia.

Chamado pela atriz María Barranco, Villaronga dirigiu 99,99, um filme de terror mais sincronizado com seus temas, e que ganhou alguns prêmios em festivais especializados em cinema fantástico. Em 2000, Villaronga voltou com um projeto próprio: El mar, uma história ambientada em Mallorca sobre três ex-amigos de infância, traumatizados pela violência que sofreram durante a guerra civil espanhola, reunidos dez anos depois como jovens adultos em um sanitário das patologias tuberculares. Os elementos-chave da filmografia de Villaronga estão presentes nesta história: infância, despertar sexual, homossexualidade e violência.

Em 2002, Villaronga co-dirigiu com Lydia Zimmermann e Isaac Pierre Racine o filme En la mente del asesino. Em 2005, ele dirigiu um videoclipe para a música da super estrela francesa Mylène Farmer, Fuck Them All. Em 2007, ele fez Después de la lluvia, um projeto feito para a televisão, adaptando uma peça de teatro. Foi apenas em 2010, com Pa negre, que Villaronga finalmente alcançou um apelo mais amplo. Este filme, vencedor de nove prêmios Goya, incluindo melhor filme e melhor diretor, conta a história de um garoto de onze anos que cresce no período severo após a Guerra Civil Espanhola no campo da Catalunha, descobrindo o mundo de mentiras ao seu redor.

Villaronga seguiu o sucesso de Pá negre com A Letter to Evita, uma minissérie de TV coproduzida pela TV3, que narra um episódio real da vida de Eva Perón enquanto visitava a Espanha no final da década de 1940.