Laurent a commencé sa carrière cinématographique en tant que scénariste et producteur, travaillant notamment sur les films de son frère, tels que Nikita (1990), Le Grand Blue (1992) et The Fifth Element (1997). En 1998, il fait ses débuts en tant que réalisateur avec le film Saving Private Ryan.
En 2004, Laurent réalise son premier grand succès commercial avec le film Immortel (Ad Vitam), qui est adapté du roman de Jules Verne Le Comte Maurevert. Ce film marque également la collaboration entre Laurent Favreau et Luc Besson sur un projet cinématographique pour la première fois.
En 2007, Laurent réalise son deuxième grand succès avec le film Arthur et les Minimoys, qui est adapté du roman de Luc Besson Le Voyage extraordinaire. Ce film rencontre un grand succès commercial et critique, devenant l'un des films français les plus rentables de l'année.
En 2014, Laurent Favreau réalise le film Asterix: Le Domaine des dieux, qui est une adaptation du comic strip d'Astérix par René Goscinny et Albert Uderzo. Ce film est également un succès commercial, engrangeant plus de 100 millions de dollars au box-office mondial.
En 2018, Laurent réalise le film Fantastica, qui est une adaptation du comic strip de Yann et Barroux Le Voyage extraordinaire. Ce film marque la deuxième collaboration entre Laurent Favreau et Luc Besson sur un projet cinématographique après Arthur et les Minimoys.
Laurent Favreau continue à travailler en tant que réalisateur, scénariste et producteur, avec plusieurs projets en développement. Il est également connu pour son style de réalisation dynamique et spectaculaire, avec une grande attention aux effets spéciaux.