Heinz Emigholz absolvierte zunächst eine Ausbildung zum Zeichner und Fotoretuscheur, anschließend studierte er in Hamburg Philosophie und Literaturwissenschaft. 1972 begann er Avantgarde- und Experimentalfilme zu drehen, die, so Emigholz in einer Monografie, "ein kompliziertes Wechselspiel zwischen abstrakten zeitlichen Kompositionen – respektive filmischen Bewegungen – und ausgewählten städtischen und natürlichen Landschaften" zeigen. In Demon (1977) band er erstmals Worte in seine Filme ein. Ein stilistisches Merkmal der Filme von Heinz Emigholz besteht aus einer Kadrierung, bei der die konventionelle Rechtwinkligkeit und die Zentralperspektive bewusst außer Acht gelassen werden. Diese Konstruktion von Räumlichkeit spielt auch bei den fotografischen Arbeiten von Emigholz eine wichtige Rolle.

1974 begann er mit der enzyklopädischen Zeichenserie Die Basis des Make-Up. Sie wurde im Lauf der Jahre in zahlreichen internationalen Museen und Galerien ausgestellt. 1978 gründete Emigholz die Produktionsfirma Pym Films. Hatte er über Jahre hinweg ausschließlich Experimentalfilme mit einer Länge zwischen 16 und 30 Minuten gedreht, stellte Emigholz 1982 seinen ersten abendfüllenden Spielfilm vor: Die eigenwillige Künstlergeschichte Normalsatz (1978-82), wurde mit dem Preis der deutschen Filmkritik als Bester Spielfilm ausgezeichnet. 1993 begann Emigholz mit der Arbeit an Photographie und jenseits, einer, so Emigholz, "Sammlung von frei kombinierbaren Filmen, die sich mit Produkten menschlicher Gestaltung befassen".

Im Lauf der Jahre wurden Emigholz' Arbeiten in zahlreichen Galerien und Museen gezeigt. Daneben war er an zahlreichen Gruppenausstellungen und Kunstschauen beteiligt, darunter die documenta 6 in Kassel (1977), die Architekturbiennale Venedig (2008) und die Ausstellung Utopie Gesamtkunstwerk im 21er Haus in Wien (2012). Bei den Kurzfilmtagen Oberhausen erhielt er 2013 den MuVi Award für das Beste Deutsche Musikvideo, für Moth Race von Kreidler.

Von 1993 bis 2013 hatte Heinz Emigholz den Lehrstuhl für Experimentelle Filmgestaltung an der Universität der Künste Berlin inne. Er war Mitbegründer des dortigen Instituts für zeitbasierte Medien und des Studiengangs Kunst und Medien. Im Mai 2012 wurde Emigholz als neues Mitglied in die Akademie der Künste in Berlin berufen.