Urodził się w czasie wojny we Lwowie (1940 r.). Jeszcze jako chłopiec wyjechał z rodzicami do Francji. W Paryżu studiował w prestiżowej wyższej szkole filmowej (fr. Institut des Hautes Études Cinématographiques) oraz filozofię na Sorbonie. Na planie filmowym współpracował m.in. Andrzejem Wajdą.
Jego kinowa filmografia obejmuje kilkanaście pozycji, w tym m.in. "Opętanie" z 1981, za który dostał nominację do Złotej Palmy w Cannes. Trzy lata później wraz z Dominique Garnierem dostał nominację do Cezara za "Kobietę publiczną". Z kolei za "Szamankę" (1996) otrzymał nominację do Złotych Lwów. W jego dorobku znajdują się także takie filmy jak: "Błękitna nuta" i "Wierność", a w zeszłym roku powstał "Kosmos" będący adaptacją powieści Witolda Gombrowicza. Za ten ostatni film Żuławski zotał nagrodzony przez jury na festiwalu w Locarno Srebrnym Lampartem.
W 1985 w jego filmie "Narwana miłość" zagrała Sophie Marceau i od tego momentu datuje się ich długoletnia współpraca. Marceau była także partnerką Żuławskiego. Z ich związku urodził się 1995 Vincent. W reżyserskie ślady ojca poszedł inny syn artysty - Xawery, który zrealizował m.in. filmową adaptację powieści Doroty Masłowskiej pt. "Wojna polsko-ruska".
Poza filmem pasją Żuławskiego było także pisarstwo. Swoje powieści i dzieła publikował po polsku i francusku.