Nace en Sao Paulo, Brasil, el 22 de octubre de 1928. Licenciado en Derecho. Periodista profesional, crítico y ensayista cinematográfico. Realiza estudios en el Instituto Superior de Estudios Cinematográficos de París. Se vincula al cine en 1953 como asistente de dirección de Rodolfo Nanni en el largometraje O Saci, en Agulha no palheiro, de Alex Viany, y en Balança mas nao cai, de Paulo Vanderley (filme que posteriormente concluyó).
Entre 1950 y 1959 realiza documentales sobre actividades políticas y estudiantiles. Su filme Río 40 grados, fruto de un trabajo en colectivo con Jece Valadao, Mauro Mendonça, Hélio Silva y Cyrilo Dacosta, se considera como un precursor del movimiento del Cinema Novo. En 1958 fue productor de O grande momento, del realizador Roberto Santos. Profesor en la Universidad de Brasilia, también imparte clases en Columbia University. Considerado entre los mayores cineastas brasileños. Dirigió la Cooperativa Brasilera de Cine. En 1984, con Memorias de la cárcel, obtiene el Gran Premio Coral en La Habana.
Fue Miembro de Honor del Comité de Cineastas de América Latina y Miembro Fundador de la Fundación del Nuevo Cine Latinoamericano, además de Miembro de su Consejo Superior. En 1986 recibe la Orden Félix Varela de Primer Grado, máxima distinción de la cultura cubana.
Pereira dos Santos fue miembro de la Academia Brasileña de Letras desde 2006, primer cineasta que ingresó en la institución, por su relación con la literatura brasileña. Filmes como Vidas secas y Memorias de la cárcel (1984) proceden de textos de Graciliano Ramos; Tienda de los milagros (1977) y Jubiabá (1987) de Jorge Amado; Azyllo muito louco (1970) y A Missa do Galo (1982) de Machado de Assis; y A terceira margem do Rio (1994) de João Guimarães Rosa.
Fue fundador del curso de graduación en Cine de la Universidad Federal Fluminense, siendo profesor del Instituto de Arte y Comunicación Social de esa casa de estudios.