중앙대학교에서 영화 연출을 공부했고, 단편 <남성의 증명>(2004)으로 미장센 단편영화제 희극지왕 부문 최우수 작품상을 받았다. 이 작품은 클레르몽 페랑 영화제 등 여러 국제단편영화제에서 상영돼 호평을 받았다. 2005년, 졸업작품 <용서받지 못한 자>는 장편 데뷔작으로 군대에 대한 사실적인 묘사로 커다란 사회적 반향을 일으켰다. 이 작품으로 윤종빈 감독은 27살이라는 젊은 나이에도 칸 영화제에 초청되고 부산영화제 4개부문에서 수상을 하는 등 떠오르는 신인 감독으로 주목 받았다.