Todd sin da bambino è attratto dalle arti, dipinge e gira filmati amatoriali. Nel 1985 termina con successo gli studi in Arte e Semiotica presso la Brown University e in seguito si trasferisce a New York.
Nel 1987 realizza il cortometraggio "Superstar: The Karen Carpenter Story", un documentario sulla cantante e batterista dei 'Carpenters' morta nei primi anni '80 per anoressia. Il corto viene presentato in vari festival con un discreto successo, ma viene ritirato a causa delle battaglie legali con Richard Carpenter per i diritti musicali.
Nel 1991 dirige il primo lungometraggio, "Poison", vincitore del Gran Premio della Giuria al Sundance Film Festival e del Teddy al Festival di Berlino, che viene duramente contestato dai gruppi religiosi più conservatori.
Nel 1998 impressiona il pubblico e la critica internazionali con il film "Velvet Goldmine" e nel 2002 conferma il suo talento con "Lontano dal paradiso", con cui l'attrice Julianne Moore vince la Coppa Volpi ed è candidata all'Oscar come miglior attrice protagonista. Lo stesso Haynes riceve la nomination per la miglior sceneggiatura non originale e il film è candidato anche per la miglior fotografia e la miglior musica.
Ultimamente ha realizzato la pellicola "I'm Not There" (2007) sulla vita di Bob Dylan, vincitore del premio speciale della Giuria alla 64ma Mostra di Venezia.