The Darien Gap, la primera película de Brad Anderson, se proyectó en la sección oficial del festival Sundance del 96. Gracias a este mismo filme fue reconocido por la revista Variety (1997) como uno de los "diez directores independientes revelación que hay que seguir".

En 1998, su largometraje Próxima parada Wonderland, con Hope Davis y Phillip Seymour Hoffman, fue elegida en Sundance por Miramax. Obtuvo el Gran Premio y también el Premio del Público en el festival de cine de Deauville, así como el Premio a la Excelencia en Dirección por parte del National Board of Review.

En 2001 gozó de la extraña experiencia de tener dos películas suyas simultáneamente en cartel, ambas vastamente elogiadas por la crítica: la comedia romántica Happy Accidents, protagonizada por Marisa Tomei y Vincent D’Onofrio; y el thriller psicológico Session 9, con David Caruso, Josh Lucas y Peter Mullan.

En 2005 realizó El Maquinista, producida y rodada en España. La protagonizaron Christian Bale y Jennifer Jason Leigh y se estrenó mundialmente en el festival Sundance y en el de Berlín. Ganó el Méliès de Plata en 2006 en el Festival Europeo de Cine Fantástico de Bruselas.

Su nuevo largometraje como director es el thriller hitchcockiano Transsiberian, coescrito por él mismo junto a Will Conroy. Se estrenó mundialmente en el festival Sundance, en enero de 2008 y se proyectará en la sección Panorama de Berlín. Se rodó en Lituania, España y China, y está protagonizada por Woody Harrelson, Emily Mortimer, Kate Mara y Eduardo Noriega. También participan Thomas Kretschmann y Ben Kingsley.

Su lista de proyectos en desarrollo incluye el thriller paranoide Lucid y el musical Non Stop to Brazil. 

Para la pequeña pantalla ha realizado episodios de Homicide; The Wire; The Shield; Surface; y un telefilme de una hora llamado Sounds Like que escribió y dirigió para la serie de Showtime "Masters of Horror".