В 1927 году Лин начал работать помощником режиссtра, затем стал монтажером на киностудии. К 1942 году Лин успел поработать в более чем двадцати фильмах.

После этого Дэвид Лин экранизировал три пьесы Коуарда, в числе которых фильм «Короткая встреча», завоевавший главный приз Каннского кинофестиваля 1946 года. 

Затем поставил два фильма по произведениям Диккенса — «Большие надежды» (1946) и «Оливер Твист» (1948). 

В 1947 году Лин стал одним из учредителей академии BAFTA (Британская академия кино и телевизионных искусств) и был избран ее председателем. 

В 1955 году Дэвид Лин поставил свой первый цветной фильм — «Лето», снятый в Венеции на средства американских продюсеров. 

После этого он снял несколько наиболее масштабных своих фильмов: «Мост через реку Квай» (1957), принесший Лину его первый «Оскар»; «Лоуренс Аравийский» (1962), за который режиссер был вновь удостоен награды американской киноакадемии и «Доктор Живаго» (1965) — экранизацию легендарного романа Бориса Пастернака. 

После фильма «Дочь Райана» (1970), который имел скромный успех, Лин перестал заниматься режиссурой до 1984 года, когда вышел фильм «Поездка в Индию», ставший последней работой режиссера. 

Лин скончался 16 апреля 1991 года.