Hijo del arquitecto Munio Weinraub y de la antigua militante sionista Efratia Margalit, Amos Gitai nació en 1950 en la ciudad israelí de Haifa. Comenzó a estudiar arquitectura y fue durante su época de estudiante cuando realizó sus primeros cortometrajes. Participó en la Guerra de Yom Kipur en 1973. Al finalizar la contienda, continuó sus estudios de arquitectura en la Universidad de Berkeley, en Estados Unidos.

En Europa, rodó varias películas, entre las que destaca el largometraje de tema histórico Ester (1985), basada en el personaje bíblico. Regresó a Israel en 1993 y reanudó allí su carrera como cineasta, rodando documentales de intencionalidad política. En 1995, inició una trilogía dedicada a las grandes ciudades de Israel: Zijrón Devarim (Memorando, 1995), sobre Tel-Aviv; Yom Yom (Día a día, 1998), sobre Haifa, y Kadosh (Sagrado, 1999), acerca de Jerusalén. En 2000, rodó una película sobre la Guerra de Yom Kipur. Dos años más tarde, participó en un proyecto cinematográfico sobre los atentados del 11 de septiembre y rodó Kedma (Rumbo a Oriente, 2002), que narra la dura experiencia de unos supervivientes del Holocausto que emigran a Israel en los cuarenta. A la citada película le siguieron Alilá (La trama, 2003), Promised Land (Tierra prometida, 2004) y Free Zone (Zona libre, 2005).