O primeiro contato de Eduardo Coutinho com o cinema foi em 1954, em seminário promovido pelo Masp. No mesmo ano, começou a trabalhar como revisor e copidesque na revista Visão. Dirigiu a peça infantil Pluft, o Fantasminha, escrita por Maria Clara Machado. Mudou-se para Paris com o objetivo de estudar direção e montagem no IDHEC, onde realizou seus primeiros documentários.
Quando voltou ao Brasil, ingressou no CPC da União Nacional dos Estudantes. Trabalhou, então, na montagem da peça Mutirão em nosso Sol. Ao mesmo tempo, entrou em contato com nomes do Cinema Novo, como Leon Hirszman e Joaquim Pedro de Andrade, e foi o gerente de produção do longa-metragem de episódios Cinco Vezes Favela, primeiro filme produzido pelo CPC e um marco do movimento. Em viagem ao Nordeste, filmou o material que daria origem ao filme Cabra marcado para morrer.
Fundou, com Leon Hirszman e Marcos Faria, a produtora Saga Filmes. Foi roteirista de A Falecida e Garota de Ipanema, ambos de Hirszman, e dirigiu O Pacto, episódio do longa-metragem de ABC do Amor, e O Homem que Comprou o mundo. Retornou ao jornalismo como meio de ganhar a vida e atuou como revisor e crítico de cinema no Jornal do Brasil. Paralelamente, manteve-se no cinema. Dirigiu uma adaptação de Shakespeare para o cangaço brasileiro, em que o personagem Falstaff tornou-se Faustão. Continuou assinando roteiros, como os dos longas Os condenados, de Zelito Viana, Lição de amor, de Eduardo Escorel, e Dona Flor e seus dois maridos, de Bruno Barreto.
Aceitou um convite para integrar a equipe do programa Globo Repórter, da Rede Globo, atraído tanto pela estabilidade financeira que a televisão oferecia quanto pela oportunidade de trabalhar a linguagem documental com maior liberdade editorial, já que o país vivia sob censura do governo militar. Com programas rodados em 16 mm, Coutinho acabou desenvolvendo sua vocação de documentarista em filmes para TV, como O Pistoleiro da Serra Talhada, Seis Dias em Ouricuri e Theodorico, o Imperador do Sertão (sobre o líder político potiguar Theodorico Bezerra).
Quando Coutinho reencontrou os negativos de Cabra marcado para morrer, que haviam sido escondidos da polícia por um membro da equipe, decidiu retomar o projeto. Optou por mudar a concepção original de filme de ficção para um documentário sobre a interrupção de suas filmagens e sobre a vida real das pessoas que seriam os atores do longa. Graças à estabilidade financeira conseguida com o Globo Repórter, ele pode financiar o filme com seus próprios recursos e, durante três anos, ele aproveitou as viagens a trabalho pela Globo ao Nordeste para localizar os atores da versão de 1964, com quem gravou entrevistas. Quando foi lançado, Cabra marcado para morrer ganhou 12 prêmios em festivais internacionais.
Pediu, então, demissão do Globo Repórter para se dedicar exclusivamente ao cinema. Ao longo dos 15 anos seguintes, o cineasta enfrentou muitas dificuldades materiais. Ele dirigiu o Cecip – Centro de Criação da Imagem Popular (voltado para cidadania e educação) – e escreveu roteiros para séries documentais da Rede Manchete (como 90 Anos de Cinema Brasileiro e Caminhos da Sobrevivência). Com as dificuldades de financiamento impostas à produção cinematográfica ao longo de tal período, Coutinho realizou documentários de curta ou média-metragem de pouca repercussão, de que se destacam Santa Marta – duas semanas no morro, Volta Redonda – memorial da greve, Boca de lixo e Mulheres no front. Seu único longa-metragem do período foi O fio da memória.
A partir de uma pesquisa sobre identidades brasileiras para uma série de programas televisivos que seriam financiados pela TVE – e nunca foram –, Coutinho filmou Santo Forte.
Nos onze anos seguintes, Coutinho filmou muitos documentários e ganhou diversos prêmios. Três de melhor diretor pelo Festival de Gramado e dois pelo Festival de Brasília. Na sequência, um Kikito de Cristal pelo conjunto da obra. Segundo a crítica especializada, era o maior documentarista brasileiro vivo. Tanto que, ao completar 80 anos, Coutinho foi homenageado na Festa Literária Internacional de Paraty e na Mostra Internacional de Cinema de São Paulo.
No ano de sua morte, foi homenageado na cerimônia do Oscar.