Filho de Munio Weinraub, arquiteto formado pela escola de Bauhaus, e Efratia Margalit, intelectual e professora, Amos se formou em arquitetura pela Technion, em Israel, e fez doutorado na mesma área na Universidade da Califórnia, em Berkeley. Foi convocado para servir na Guerra do Yom Kippur e gravou cenas do conflito, o que considera sua iniciação como diretor de cinema. Já trabalhou com grandes atrizes, como Juliette Binoche, Jeanne Moreau, Natalie Portman e Léa Seydoux. Recebeu prêmios importantes, como o Leopardo de Honra no Festival de Cinema de Locarno (2008); o Roberto Rossellini (2005); o Robert Bresson (2013); o Paradjanov (2014); e o Legião de Honra (2017). Por alguns meses em 2018, Gitai deu aulas de cinema no Collège de France. Entre os 22 títulos dirigidos por Gitai estão Laços Sagrados (1999), O dia do perdão (2000), Kedma (2002), Terra prometida (2004), Free Zone (2005), Canção para o meu pai (2012) e Um trem em Jerusalém (2018). Hoje vive entre sua cidade natal e Paris.