Es director de numerosos vídeos musicales y comerciales, frecuentemente en asociación con Patrick Tatopoulos.

Su primer trabajo como director fue un proyecto de adaptación al cine del cómic The Crow con el actor Brandon Lee.

Después de la muerte de Lee, Proyas se propuso finalizar la película como homenaje al actor fallecido, para lo que usó dobles y efectos especiales que le permitieran acabar la película.

En 1998, dirigió la película de ciencia ficción y suspenso Dark City, que obtuvo varios premios.

En 2004 dirigió Yo, robot, basada en la obra homónima de Isaac Asimov, con Will Smith como actor principal.