Jean-Marie et Arnaud Larrieu sont nés dans les Hautes-Pyrénées, en France.
Ils découvrent conjointement le cinéma et la montagne grâce à leur grand-père, cinéaste amateur. Après des études de philosophie, ils réalisent de nombreux courts et moyen-métrages dont La Brèche de Roland, avec Mathieu Amalric. (Quinzaine des réalisateurs, Cannes 2000).
Suivent Un homme, un vrai (2003) et Peindre ou faire l’amour, avec Daniel Auteuil et Sabine Azema, en compétition officielle à Cannes en 2005, puis Le voyage aux Pyrénées avec à nouveau Sabine Azema et Jean-Pierre Darroussin (Quinzaine des réalisateurs, Cannes 2008), Les derniers jours du monde, d’après le roman de Dominique Noguez, et L’amour est un crime parfait, adapté d’un roman de Philippe Djian, où ils retrouvent Mathieu Amalric, Karin Viard, Maiwenn.
21 nuits avec Pattie, réunit Isabelle Carré, Karin Viard et André Dussollier. Il obtient le prix du scénario au festival de San Sebastian 2015.
Ils réalisent ensuite Tralala, une comédie musicale avec Mathieu Amalric se déroulant à Lourdes durant l'épidémie de Covid, sur des musiques de Philippe Katerine, Bertrand Belin, Dominique A, Etienne Daho. Le film est présenté à Cannes, en sélection Officielle (séance de minuit), en 2021.
Le Roman de Jim (2024) est adapté du roman éponyme de Pierric Bailly, avec Karim Leklou dans le rôle principal. Sélection officielle Cannes 2024 (Cannes Première). Il obtient le Grand prix compétition internationale du BRIFF, Bruxelles (2024).