Après des études d'histoire et de sciences politiques à l'université de Strasbourg, Ulrich Rame a commencé sa carrière cinématographique en tant qu'assistant réalisateur pour les longs métrages *Ronin* (1998) de John Frankenheimer et *Mortal Kombat* (1995) d'Andy Wachowski et Larry Wachowski.
En 2004, il réalise son premier long métrage intitulé *Les Revenants*, qui raconte l'histoire de six jeunes gens qui, ressuscités après la mort, reviennent dans leur village natal pour retrouver leur identité et se réconcilier avec leur passé. Le film est remarqué pour sa poésie visuelle et son traitement des thèmes de la souffrance et du mal.
En 2017, Ulrich Rame réalise le long métrage *Les Gardiens*, qui raconte l'histoire d'un groupe de jeunes hommes qui patrouillent les frontières françaises pour empêcher les migrants d'entrer clandestinement en France. Le film est remarqué pour son approche critique de la politique française sur les migrations et son traitement des thèmes de l'identité nationale et du racisme.
Ulrich Rame a également réalisé plusieurs documentaires, dont *La Bataille de Sainte-Menehould* (2012), un film sur la bataille de la Marne pendant la Première Guerre mondiale, et *Les Familles de l'apocalypse* (2018), un documentaire sur les membres d'une secte apocalyptique qui prépare à la fin du monde.
Ulrich Rame est également connu pour son travail en tant que producteur, notamment sur les films *L'Enfant* (2005) de Jean-Pierre et Luc Dardenne et *La Vie d'Adèle* (2013) d'Abdellatif Kechiche.
En 2018, Ulrich Rame est membre du jury de la Berlinale, le festival international du film de Berlin.