Ulrich Köhler wurde am 15. Dezember 1969 in Marburg an der Lahn geboren und wuchs vom fünften bis zum neunten Lebensjahr in Zaire auf, wo seine Eltern als Entwicklungshelfer arbeiteten. Nach dem Abitur studierte er von 1989 bis 1991 im französischen Quimper Kunst. Anschließend ging er nach Hamburg, wo er zunächst Philosophie und dann Visuelle Kommunikation an der Hochschule für bildende Künste studierte. Nach seinem Diplom 1998 realisierte er fünf Kurzfilme. Sein Langfilmdebüt "Bungalow" feierte im Panorama der Berlinale 2002 Premiere. Das ruhig inszenierte Drama über einen fahnenflüchtigen Wehrdienstleistenden, der im Ferienhaus seiner Eltern in einen Konflikt mit seinem älteren Bruder gerät, wurde mit einem Preis der Deutschen Filmkritik und mehreren Festivalpreisen im In- und Ausland ausgezeichnet wird.

Sein zweiter Kinofilm "Montag kommen die Fenster", über den Ausbruchsversuch einer jungen Ärztin aus ihrem Kleinfamilienleben, wurde auf der Berlinale 2006 im Internationalen Forum des jungen Films uraufgeführt und im selben Jahr mit dem Hessischen Filmpreis als Bester Spielfilm ausgezeichnet. Mit seinem dritten abendfüllenden Spielfilm "Schlafkrankheit" über einen deutschen Entwicklungshelfer im Kongo, dem trotz seiner Fremdheit im Urwald eine Rückkehr nach Deutschland immer unmöglicher wird, wurde Ulrich Köhler 2011 in den Wettbewerb der Berlinale eingeladen. Dort ehrte ihn die Jury mit dem Silbernen Bären für die Beste Regie. Beim Festival des deutschen Films in Ludwigshafen gewann "Schlafkrankheit" den Filmkunstpreis.

Im Frühjahr 2016 begann Köhler mit den Dreharbeiten zu seinem nächsten Film: "In My Room" handelt von einem Mann, der eines Morgen in einer veränderten Welt aufwacht. Es sieht zwar alles wie immer aus, aber sämtliche Menschen sind verschwunden. Der Film feierte im Mai 2018 beim Cannes Film Festival in der Sektion Un Certain Regard Weltpremiere. Der deutsche Kinostart erfolgte im November 2018.

Kurz vorher, im Oktober 2018, begannen die Dreharbeiten zu Köhlers nächstem Film, den er zusammen mit Henner Winckler inszenierte: "Das freiwillige Jahr" über einen alleinerziehenden Vater, der seine Tochter zu einem Freiwilligen Sozialen Jahr in Südamerika drängt, um ihr den Ausbruch aus der Provinz zu ermöglichen – sie aber will das gar nicht. Im Februar 2020 kam der Film in die Kinos.