Нагиса Осима родился и вырос в городе Киото. По окончании университета он переехал в Токио, где захотел работать на киностудии "Сетику". Пройдя жесткий отбор, он стал ассистентом режиссера. В 1960-х он снимал, писал сценарии и занимался кинокритикой, в том числе, в собственном журнале "Эйга Хихэ". В начале 1960-х годов Осима основал свою киностудию "Содзося".
Популярность пришла к Осиме в 1976 году с драмой "Империя страсти". Через два года он получил за нее золотую пальмовую ветвь Канн как лучший режиссер; картину назвали "первым великим эротическим фильмом".
На западе Осима в основном известен по другой своей картине, военной драме 1983 года "Счастливого Рождества, мистер Лоуренс", в котором снялись Рюити Сакамото, Дэвид Боуи и Такеши Китано.
Осима был лидером так называемой "японской новой волны". Отказавшись от гуманизма Акиры Куросавы и восставая против ханжеской морали современного ему общества, он утверждал, что ненавидит японское кино за рафинированность восприятия и изображения красоты. Он сам всегда пытался переосмыслить прекрасное, ища и находя его в подчас шокирующих образах и темах. Проблема насилия и жестокости, секса, преступности, подростковой психологии - вот, о чем он рассказывал в своих фильмах.
Вся фильмография Нагисы Осимы насчитывает около 30 картин. Последней в 1999 году он снял ленту "Табу".