Cugino degli attori Marc e Lori Singer, è cresciuto nel New Jersey, si è diplomato alla West Windsor-Plainsboro High School nel 1984. Si è iscritto poi alla New York City's School of Visual Arts, per poi rinunciarvi nel 1986 e trasferirsi a Los Angeles in favore del corso di Critical studies alla USC. Ottiene la laurea nel 1989.
Ebreo e apertamente bisessuale, nella sua vita ha avuto relazioni sia con uomini che con donne e, nell'ottobre del 2014, ha confermato di aspettare il suo primo figlio dall'attrice Michelle Clunie, nato il 5 gennaio 2015 e chiamato Dashiell Julius William Clunie-Singer.
Nel 1998 dirige L'allievo, film incentrato sul tema del nazismo e basato su un racconto di Stephen King, che suscitò pareri contrastanti nella critica e non ebbe il successo di pubblico sperato. Ritorna, poi, sulla strada del successo con i primi due capitoli della saga ispirata dai famosi fumetti Marvel: X-Men e X-Men 2, ricalcando le storie disegnate da Stan Lee e Jack Kirby sempre sul tema dell'integrazione razziale (la prima scena, per esempio, si svolge in un campo di concentramento).
I film riscuotono un grande successo di pubblico tanto da avere poi un terzo capitolo, X-Men - Conflitto finale, diretto però da Brett Ratner; Singer, infatti, declina la regia in favore del kolossalSuperman Returns, la pellicola che ha segnato il ritorno sul grande schermo del supereroe proveniente dal pianeta Krypton e che si pone come vera e propria continuazione della serie cinematografica classica con Christopher Reeve. Inizialmente lo stesso Singer dichiarò di girare anche il sequel, approvato dalla produzione, salvo poi venir cancellato a favore di un reboot con Zack Snyder alla regia.
Singer si dedica anche alla televisione, producendo il telefilm Dr. House - Medical Division, di cui dirige il primo episodio e scrutina il cast iniziale; in seguito, Singer si dichiarò stupito del fatto che il protagonista Hugh Laurie fosse inglese, poiché il video del provino (spedito dall'Africa, dove Laurie girava Il volo della fenice) era recitato in perfetto accento americano: Laurie spiegherà di averlo imparato dai cartoni animati da bambino.
Nel 2008 dirige Tom Cruise in Operazione Valchiria, film scritto nuovamente insieme a Christopher McQuarrie, che ha suscitato molte polemiche rivolte soprattutto all'interpretazione di Cruise. Ancora una volta, il regista ritorna al tema del nazismo. Nel 2012 gira l'episodio pilota di Mockingbird Lane, remake della serie degli anni sessantaI mostri, che nonostante i buoni ascolti raccolti non riesce a dare l'avvio ad una serie televisiva vera e propria.
Il regista si è visto costretto a non partecipare alla campagna promozionale di X-Men - Giorni di un futuro passato a causa di uno scandalo che ha improvvisamente colpito la sua immagine pubblica. Nel 1998, secondo l'accusatore Mike Egan, ex modello e aspirante attore all'epoca diciassettenne, il regista avrebbe abusato sessualmente di lui. Singer ha definito tali accuse assurde, precisando di non essere mai stato nella sua villa alle Hawaii. Il legale ha definito la questione come "completamente infondata", dichiarando che a suo avviso si trattasse di un'operazione volta a "ottenere pubblicità in un momento in cui il nuovo film di Bryan sta per uscire".[1] Le accuse sono state in seguito ritirate[2], ma altre se ne sono aggiunte di violenza sessuale su di un minorenne[3]. A gennaio del 2019 è stato nuovamente accusato di molestie sessuali su minori da quattro ex attori ora adulti, fra i quali un membro del cast del film L'allievo.[4]