Après avoir étudié et enseigné la philosophie, Frédéric Bélier-Garcia signe sa première mise en scène (Biographie : un jeu de Max Frisch avec François Berléand et Emmanuelle Devos) en 1999. Suivront notamment Un garçon impossible de Petter S. Rosenlund à la Comédie-Française, L’homme du hasard de Yasmina Reza, créée au Théâtre du Gymnase à Marseille avec Philippe Noiret et Catherine Rich, Un message pour les coeurs brisés de Gregory Motton, au Théâtre de la Tempête, Une nuit arabe de Roland Schimmelpfennig et Et la nuit chante de Jon Fosse au Théâtre du Rond-Point, La chèvre ou qui est Sylvia? de Edward Albee au Théâtre de la Madeleine, Dans la luge d’Arthur Schopenhauer de Yasmina Reza à Théâtre Ouvert…

Il crée pour la première fois une pièce de Marie N'Diaye, Hilda, avec Zabou Breitman, et reçoit le Prix de la meilleure création du Syndicat de la critique 2002. Il est aussi coauteur avec Emmanuel Bourdieu du Mental de l’équipe, qu’il met en scène avec Denis Podalydes au Théâtre du Rond-Point en 2007.

Frédéric Bélier-Garcia a été metteur en scène associé au Théâtre National de Marseille-La Criée de janvier 2002 à décembre 2006.

Il dirige depuis le 1er janvier 2007 le Centre Dramatique National Pays de la Loire à Angers.
Il y crée La cruche cassée de Heinrich von Kleist durant la saison 2007/08, Yaacobi et Leidental de Hanokh Levin et Liliom de Ferenc Molnár en 2008/2009. Yaacobi et Leidental a été repris en tournée nationale et au Théâtre du Rond-Point en 2010.

Au cinéma, Frédéric Bélier-Garcia est coscénariste des films de Nicole Garcia, Place Vendôme, L'Adversaire et Selon Charlie (en sélection officielle au Festival de Cannes 2002 et 2006).

En 2003, il crée un opéra contemporain, Verlaine Paul de Georges Boeuf pour l’Opéra de Marseille, il réalise la mise en scène de Don Giovanni de Mozart (2005), puis la mise en scène de Lucia di Lammermoor de Donizetti à Marseille, Lausanne et Avignon (en avril 2007) ; il crée pour Angers Nantes Opéra (A.N.O.) Le Comte Ory de Rossini à l’Opéra de Nantes (novembre 2007). En juillet 2009, il met en scène La Traviata de Verdi aux Chorégies d'Orange.

Il a mis en scène cette saison Le Barbier de Séville de Rossini à Nantes et Angers, et il créera Le Directeur de théâtre de Mozart en 2011 à Aix-en-Provence.