Глеб Панфилов родился 21 мая 1934 года в городе Магнитогорске Челябинской области. С раннего детства его увлекали театр и искусство фотографии. Свою творческую карьеру Панфилов начинал с короткометражного кино: в 1959 году он снял ленту «Вставай в наш строй». В 1961 году Панфилов начал заочное обучение во ВГИКе, в 1965 году окончил очные Высшие курсы сценаристов и режиссеров.
В 1967 году состоялся его режиссерский дебют — на киностудии «Ленфильм» он поставил картину «В огне брода нет» с Инной Чуриковой в главной женской роли. В 1970 году Панфилов снял картину «Начало», во время съемок которой Панфилов женился на актрисе. С тех пор она стала его музой. Постановщик часто снимал Чурикову в главных ролях своих кинолент. Среди известных работ тандема такие ленты, как «Прошу слова», «Тема», две экранизации Горького «Васса» и «Мать» и другие. В 1978 году у звездной пары родился сын Иван.
Глеб Панфилов — призер множества международных кинофестивалей. В 1976 году ему было присвоено почетно звание «Заслуженный деятель искусств РСФСР», в 1984-м — Народный артист РСФСР. Постановщик также являлся офицером французского ордена искусств и литературы и кавалером российского ордена «За заслуги перед Отечеством» IV степени.