Фред Циннеманн родился в Вене в еврейской семье, его отец был врачом. Он хотел стать музыкантом, но поступил в Венский университет, где учился на юриста. Кинокарьеру начал как оператор, а в 1930 году стал одним из режиссёров фильма «Воскресные люди», над которым также работали будущие голливудские режиссёры Билли Уайлдер и Роберт Сиодмак.
Приехав в США, Циннеманн стал помощником и переводчиком другого эмигранта из Австрии — писателя и режиссёра Бертольда Фиртеля. Благодаря Фиртелю Циннеман познакомился с актрисой Гретой Гарбо, режиссёрами Сергеем Эйзештейном, Фридрихом Мурнау, Робертом Флаэрти. Работу с документалистом Флаэрти над незавершённым проектом Циннеманн назовёт «самым важным событием в моей профессиональной жизни» (the most important event of my professional life).
Циннеманн играл в массовке в фильме «На западном фронте без перемен» (1930; по роману Ремарка), а первый полнометражный фильм снял в 1935 году в Мексике. Это был документальный фильм о рыбаках «Волна», поставленный по заказу министерства сельского хозяйства. В 1936 году Циннеманн получил американское гражданство и женился на Рене Бартлет, брак с которой продлится до его смерти. Через четыре года у них родился сын Тим, в будущем кинопродюсер.
После возвращения из Мексики Циннеманн поставил восемнадцать короткометражек для компании Metro-Goldwyn-Mayer. За одну из них, «Эти матери могли бы жить» (1938) он получил премию «Оскар». В 1942 году он снял полнометражные детективы «Глаза в ночи» и «Убийца в перчатках». Его первым известным фильмом стала снятая в годы Второй мировой войны военная драма «Седьмой крест» со Спенсером Трейси в главной роли. В послевоенные годы Циннеманн открыл двух актёров, которые станут звездами: «Поиск» (1948) стал дебютом в полнометражном кино для Монтгомери Клифта, а «Мужчины» (1950) — для Марлона Брандо. В 1951 году режиссёр снял последнюю в своей жизни короткометражку «Бенджи», за которую снова был удостоен «Оскара».
В 1952 году вышел один из самых известных фильмов Цимммерманна — вестерн «Ровно в полдень». Снятый по сценарию опального Карла Формана и рассказывающий о шерифе, который остался один на один с бандитами, так как горожане побоялись ему помочь, он был воспринят как аллегория американского общества эпохи маккартизма. Консервативно настроенные Говард Хоукс и Джон Уэйн критиковали фильм, их вестерн «Рио-Браво» стал своеобразным ответом на картину Циннеманна. Вышедшая в 1953 году драма «Отныне и во веки веков» по роману Джеймса Джонса была удостоена восьми «Оскаров», включая призы за лучшую режиссуру и лучший фильм.
Несмотря на признание и активную занятость, режиссёр был недоволен атмосферой «охоты на ведьм», которая царила в США, и в 1963 году уехал в Великобританию. Здесь он снял несколько фильмов, самым известным из которых стала биография Томаса Мора «Человек на все времена» (1966), завоевавшая множество наград. История о католике Море, который вступил в конфликт с королём Генрихом VIII, получила одобрение Ватикана, а в 1994 году заняла первое место в списке лучших консервативных фильмов, несмотря на либеральную репутацию режиссёра.
Последний фильм Циннеманна вышел в 1982 году, после этого он отошёл от кино. В 1992 году вышла его автобиографическая книга «Фред Циннеманн о кино». Циннеманн умер в 1997 году от сердечного приступа.