Lebt als Regisseur, Autor und bildender Künstler in Luzern. Er wuchs in Reichenberg bei Würzburg als Sohn des Neurobiologen Martin Heisenberg und Apollonia Gräfin zu Eulenburg, einer Nichte von Carl Friedrich und Richard von Weizsäcker, auf. Nach seinem Schulabschluss 1993 studierte er bis 1999 Bildhauerei bei Olaf Metzel und erhielt 2000 sein Diplom an der Akademie der Bildenden Künste München. Von 1995 bis 1997 arbeitete er als Assistent von Walter Grasskamp am Lehrstuhl für Kunstgeschichte der Akademie. Beim Abschluss seines Studiums 2000 erhielt Heisenberg den Debütantenpreis, mit dem die besten drei Studierenden eines Jahrgangs ausgezeichnet werden. Ab 1997 studierte er Spielfilmregie an der Hochschule für Fernsehen und Film München, bis er das Studium 2005 mit dem Drehbuch zu seinem Spielfilm Schläfer abschloss. Schläfer wurde 2005 in die Section Un Certain Regard der Internationalen Filmfestspiele Cannes eingeladen. 2010 erhielt er für seinen Spielfilm Der Räuber, der das Leben des österreichischen Kriminellen Johann Kastenberger zum Thema hat, eine Einladung in den Wettbewerb der 60. Filmfestspiele von Berlin. Außerdem gewann er den Bayerischen Filmpreis in der Kategorie Beste Nachwuchsregie sowie 2011 den erstmals vergebenen Österreichischen Filmpreis. 2014 erhielt er für seine erste Komödie Über-Ich und Du eine Einladung in die Reihe Panorama Spezial der 64. Filmfestspiele von Berlin. Zusammen mit Christoph Hochhäusler und Sebastian Kutzli gründete er 1998 die Filmzeitschrift Revolver und ist bis heute mit Christoph Hochhäusler, Jens Börner, Franz Müller, Marcus Seibert, Nicolas Wackerbarth und Saskia Walker Mitherausgeber der Zeitschrift. Stilistisch wird er zumeist der Berliner Schule zugerechnet. Für das am 30. April 2015 eröffnete NS-Dokumentationszentrum (München) realisierte Benjamin Heisenberg gemeinsam mit seinem Bruder Emanuel Heisenberg und Elisophie Eulenburg eine Kunst-am-Bau-Arbeit. Im Zentrum der Arbeit stehen filmische Text-Bild-Kollagen zu Schlüsseldokumenten aus der NS-Zeit. Die Filme werden auf einer Installation von Monitoren im Außenraum rund um das NS-Dokumentationszentrum, (NSD) gezeigt. Die Textpassagen sind Originaldokumente von Tätern und Opfern. Sie geben Sichtweisen von bekannten und unbekannten Akteuren der NS-Zeit wieder und stehen teilweise in Bezug zum Ausstellungsort, dem ehemaligen „Braunen Haus“ in München, deshalb der Titel Brienner 45.
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