È figlia del regista cinematografico Luis Puenzo.
Ha esordito nella regia nel 2007 con XXY, ispirato al racconto Cinismo di Sergio Bizzio, con cui ha vinto molti premi internazionali: tra cui il Grand Prix della Settimana della Critica al Festival di Cannes (2007), un Premio Goya ed un Premio Ariel per la miglior pellicola straniera e premi per miglior film e miglior regia ai festival di Edimburgo, Bangkok, Atene e Montreal.