Pelin Esmer, Boğaziçi Üniversitesi Sosyoloji Bölümü’nün ardından sinema eğitimini Yavuz Özkan’ın Z1 Film Atölyesi’nde tamamladı.

2001 yılında çektiği ilk belgeseli Koleksiyoncu, Bağımsız Roma Film Festivali’nde En İyi Belgesel ödülünü kazandı. Ardından yönettiği Oyun (2005), San Sebastián Film Festivali’nde prömiyer yaptı; ellinin üzerinde uluslararası festivalde gösterildi ve birçok En İyi Belgesel ödülüne layık görüldü. Bu filmle Tribeca Film Festivali’nde En İyi Yeni Belgesel Yönetmeni ödülünü aldı.

İlk kurmaca uzun metrajı 11’e 10 Kala (2009), San Sebastián Film Festivali resmi seçkisinde yer aldı; İstanbul Film Festivali Jüri Özel Ödülü, Adana Altın Koza’da En İyi Film ve En İyi Senaryo dahil olmak üzere çok sayıda ödül kazandı. Pelin Esmer bu filmle Abu Dabi Film Festivali’nde En İyi Yönetmen ödülünü Abbas Kiarostami’den aldı.

Bunu, Toronto Film Festivali’nde prömiyer yapan Gözetleme Kulesi (2012) izledi. Film, uluslararası festivallerde geniş bir dolaşım yakaladı ve Adana Altın Koza’da En İyi Yönetmen dahil pek çok ödül kazandı.

İşe Yarar Bir Şey (2017) ise Tallin Black Nights’ta En İyi Senaryo, İstanbul Film Festivali’nde FIPRESCI ve SİYAD ödüllerine layık görüldü.

2019’da belgesel sinemaya dönen Esmer, Kraliçe Lear ile Saraybosna Film Festivali’nde prömiyer yaptı; film çok sayıda uluslararası festivalden ödülle döndü.

Son filmi O da Bir Şey mi (2025), Rotterdam Film Festivali’nde prömiyer yaptı, İstanbul Film Festivali’nde En İyi Senaryo ödülünü kazandı ve Adana Altın Koza Film Festival’inde en iyi film ve en iyi yönetmen de dahil olmak üzere toplam 8 ödüle layik görüldü.