Danach studierte sie Regie an der University of Texas at Austin und schloss dieses Studium 1999 mit einem Masters of Fine Arts (M.F.A.) ab. In dieser Zeit drehte sie 1994 den KurzfilmFit. Nach Beendigung dieses Studiums widmete sie sich zunächst der Regiearbeit und gab im Jahr 2000 mit The Slow Business of Going ihr Regiedebüt bei einem Langfilm.
2003 kehrte sie erstmals wieder nach Griechenland zurück und drehte dort Videoclips für die Olympischen Sommerspiele 2004 in Athen. In der Folgezeit arbeitete sie immer wieder mit dem Regisseur und Produzenten Giorgos Lanthimos zusammen, wobei beide abwechselnd Regie führten beziehungsweise den Film produzierten.
Zunächst produzierte Athina Tsangari mit der von ihr kurz zuvor gegründeten FilmproduktionsgesellschaftHaos Films 2005 den von Lanthimos gedrehten experimentellen FilmKinetta, der beim Toronto International Film Festival Premiere feierte und heute oft als der „erste neue griechische Film“ bezeichnet wird. Nachdem sie eine weitere Zeit in Austin gelebt und gearbeitet hatte, kehrte sie 2008 abermals nach Griechenland zurück, wo sie 2009 den wieder von Lanthimos gedrehten Film Dogtooth (Kynodontas) produzierte.
Im Anschluss produzierte Lanthimos ihren international viel beachteten zweiten Langfilm Attenberg (2010). Zum Erfolg des Films trug insbesondere auch die junge französische Schauspielerin Ariane Labed bei, die in dem Filmdrama ihre erste Hauptrolle übernahm. Sie spielte eine junge Griechin, die in einer gesichtslosen Arbeiterstadt an der Küste lebt und mit der Krebskrankheit ihres Vaters und ersten sexuellen Erfahrungen konfrontiert wird. Der Part der ‚Marina‘ brachte Labed 2010 bei den 67. Internationalen Filmfestspielen von Venedig die Coppa Volpi als beste Darstellerin ein. Darüber hinaus befand sich der Film auf der offiziellen Auswahlliste für Spielfilme für den Europäischen Filmpreis 2011.[1][2][3]
Ihre bisher letzte gemeinsame Zusammenarbeit mit Lanthimos ist der Film Alpen (2011), der im Mai 2012 in die Kinos kam. Bei diesem Film führte wieder Lanthimos Regie, während sie selbst wieder Co-Produzentin ist.
2015 feierte ihr bislang dritter Film, Chevalier, Premiere. Der Film hat einen rein männlichen Cast und handelt von sechs Männern auf einer Yacht, die aus Langeweile ein Spiel beginnen, das weder klare Regeln noch Grenzen kennt, sondern dessen Ziel es ist, herauszufinden, wer „der Beste in allem“ ist.[4]Chevalier gewann den Preis für den besten Film auf dem London Film Festival.
Warum ist Griechenland ein Monster, Frau Tsangari? Im Gespräch: Athina Rachel Tsangari. In: Frankfurter Allgemeine Zeitung, Bilder und Zeiten (Z 6) vom 5. Mai 2012