Peter Zeitlinger è nato a Praga il 6 giugno 1960. Dopo l'occupazione sovietica del 1968 e la conseguente instabilità politica, dovette lasciare il Paese. Lui e sua madre andarono a vivere nella vicina Austria, dove Peter imparò ad esprimere la propria creatività nel disegno, anche perché non conosceva la lingua tedesca. A tredici anni, nell’ambulatorio del padre di un suo amico, che faceva il ginecologo, scoprì una cinepresa 8 mm. Per alcune notti di seguito si intrufolò nell’ambulatorio e con l’aiuto di luci chirurgiche ad alta luminosità creò i suoi primi film di animazione, tornando a casa di nascosto all’alba. Una notte il medico lo scoprì, ma quando Zeitlinger gli mostrò i suoi filmati il medico si commosse e invece di punirlo gli regalò la cinepresa. Già prima di essere ammesso alla Filmakademie di Vienna con il suo cortometraggio di animazione Der Geburstag (Il compleanno) aveva realizzato ben settanta corti. Da studente vinse un premio per giovani cineasti con uno dei suoi primi film, We Walked, che lo aiutò ad affermarsi sulla scena cinematografica austriaca.

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Insoddisfatto dei metodi di insegnamento obsoleti dell’Accademia, espresse spesso la sua protesta, cercando altre possibilità di sperimentazione e ulteriore formazione. Dalla sua parte aveva due mentori del calibro di Michael Snow e Peter Kubelka. Da quest’ultimo imparò il concetto allargato di arte e il legame indissolubile tra musica, cucina e cinema. Tutte e tre queste forme d’espressione seguono le stesse regole: composizione – montaggio e percezione della durata – forma teatrale. Durante gli studi alla facoltà di filosofia dell’Università di Vienna seguì i corsi del prof. Herbert Lachmayer sull’estetica e quelli sull’etica del prof. Johann Mader, iscrivendosi al contempo al corso di laurea in management dell’arte. Le riflessioni di Zeitlinger sulla teoria del cinema che pubblicò sul giornale dell’università non incontrarono il favore dei suoi professori, soprattutto il saggio Abschaffung der Montage (Abolizione del montaggio) in cui dimostrò abilmente che il montaggio, inteso come “grammatica del cinema”, non esiste. Anche se aveva scelto come indirizzo di studio montaggio e riprese, e non regia, furono proprio i suoi docenti di regia (A. Stummer e A. Corti) a supportarlo nella sua tesi, per cui rischiava l’espulsione. Alla fine fu ammesso all’esame di laurea e concluse gli studi con lode.

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Forse proprio grazie a tutti questi trascorsi Zeitlinger è riuscito a sviluppare una delle carriere più interessanti ed insolite tra i cineasti europei. Dopo aver collaborato a diversi progetti affascinanti con Götz Spielmann e Ulrich Seidl, che sono oggi tra i più importanti rappresentanti del cinema austriaco, Zeitlinger iniziò a collaborare con Werner Herzog. La loro prima opera fu il film Gesualdo – Morte per cinque voci (Tod für fünf Stimmen, 1995), che segnò l’inizio di una lunga collaborazione, culminata con film eccezionali come Encounters at the End of the World (2007) e Cave of Forgotten Dreams (2010). Herzog e Zeitlinger allargano continuamente i confini dell'arte cinematografica alla ricerca di nuovi modi per ritrarre luoghi che sembravano impossibili da riprendere. Zeitlinger è diventato un illustre direttore della fotografia di lungometraggi, documentari, cortometraggi, film TV e serie TV. Ha anche contribuito molto in altri settori come sceneggiatore e montatore. Ha scritto molte sceneggiature già ai tempi dell’università. Tra questi c'è Tunnelkind, che ha scritto assieme a Erhard Riedlsperger. Questo film ha una connotazione personale, poiché la storia si svolge al confine ceco-austriaco, dove alla fine degli anni Sessanta c’era la cortina di ferro. Zeitlinger trae ispirazione da progetti più piccoli e intimi, ma anche dal lavoro con star hollywoodiane importanti come Nicole Kidman e Nicolas Cage, che secondo lui sono un esempio di professionalità e passione.

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Dal 1978 si occupa anche di regia. Ha diretto circa 20 film, tra cui molti cortometraggi. Negli ultimi anni ha rafforzato la sua collaborazione con la compagna Silvia Zeitlinger Vas, attrice e filmmaker. Recentemente ha collaborato con Abel Ferrara per il film Tommaso ed ha lavorato come direttore della fotografia nei progetti dell’attore e regista James Franco, con cui sta preparando un nuovo film.