Bacharel em Direito pela Faculdade de Direito da Universidade de São Paulo, turma de 1952. Considerado um dos mais importantes cineastas do país, seu filme Vidas Secas, baseado na obra de Graciliano Ramos, é um dos filmes brasileiros mais premiados em todos os tempos, sendo reconhecido como obra-prima.

Foi um dos precursores do movimento do Cinema Novo. É o fundador do curso de graduação em Cinema da Universidade Federal Fluminense, sendo professor do Instituto de Artes e Comunicação Social da UFF.
Em 2006, foi eleito para a Academia Brasileira de Letras, ocupando a cadeira 7, cujo patrono é Castro Alves.

Cônjuge: Laurita Andrade Sant'Anna dos Santos (a 1999), Ana Maria Magalhães
Filhos: Ney Santanna, Diogo Dahl, Marcia Pereira dos Santos, Nelson Pereira dos Santos Filho