Straub, ktorý ako študent organizoval filmové kluby, pri filme začínal ako asistent režisérov Abela Ganca, Jeana Renoira, Roberta Bressona či Jacquesa Rivetta. Koncom 50. rokov odmietol ísť bojovať do Alžírska a so svojou ženou Danièle Huilletovou odišiel do Mníchova.
Tu vznikol ich prvý film podľa poviedky Heinricha Bölla Machorka-Muff. Spolu potom manželia nakrútili viac ako dve desiatky filmov, často experimentálne filmové pohľady na historické udalosti a na život a tvorbu umelcov.
Straub a Huilletová, ku ktorých známym dielam patrí tiež životopis vdovy po slávnom skladateľovi Kronika Anny Magdalény Bachovej (1968), od konca 60. rokov žili a tvorili prevažne v Ríme. Huilletová zomrela v roku 2006.