Diplômé de l'université Yale, il a commencé sa carrière en tant que scénariste pour des séries télévisées telles que *Early Edition* (1996-1997), *New York Police Judiciaire* (1998) et *Sex and the City* (1998).
En 2005, il a réalisé son premier long-métrage, *L'Amour avec une chance*, une comédie romantique mettant en scène Kate Hudson et Matthew McConaughey. Le film a reçu des critiques mitigées mais a rencontré un succès commercial.
En 2009, il a réalisé *Les Fiancés de l'année suivante*, une comédie dramatique avec Jennifer Aniston et Gerard Butler qui raconte l'histoire de deux personnes qui se retrouvent à organiser leurs propres mariages après avoir rompu avec leur fiancé respectif.
En 2013, il a réalisé *L'amour est un jeu dangereux*, une comédie dramatique mettant en scène Rachel McAdams et Chris Pine. Le film a reçu des critiques positives mais n'a pas connu le même succès que ses précédents films.
En 2015, il a réalisé *Le Jour où tout a basculé*, une comédie dramatique mettant en scène Jennifer Garner et Kate Hudson, qui raconte l'histoire de deux sœurs qui se retrouvent à gérer les affaires familiales après que leur père soit mort. Le film a reçu des critiques mitigées mais a rencontré un succès commercial.
En 2017, il a réalisé *Mon amie d'enfance*, une comédie romantique mettant en scène Jennifer Lawrence et Dakota Johnson. Le film a reçu des critiques négatives et n'a pas connu le succès commercial espéré.
David V. Rosenthal est actuellement en post-production pour son prochain projet, *L'amour à la folie*, une comédie romantique mettant en scène Emily Blunt et Jamie Dornan.