Глеб Панфилов родился 21 мая 1934 года в Магнитогорске. В ранние годы работал на свердловском телевидении, где снял несколько фильмов. В 1966 году начал работать на «Ленфильме», где снял первый художественный фильм «В огне брода нет». В 1970 году Панфилов снял фильм «Начало» с Инной Чуриковой в главной роли (во время съемок Панфилов женился на Чуриковой).
Панфилов — режиссер фильмов «Васса», «В круге первом», «Мать», «Тема», «Иван Денисович». В 1986 году дебютировал как театральный режиссер в театре «Ленком» постановкой «Гамлета» с Олегом Янковским в главной роли.
Глеб Панфилов — лауреат фестивалей в Локарно, Венеции и Берлине. В 1990 году на Каннском кинофестивале его наградили специальным призом за выдающиеся художественные достижения за фильм «Мать».
Жена Глеба Панфилова актриса Инна Чурикова умерла 14 января 2023 года в возрасте 79 лет.