Tourne son premier film en 16mm, Aura été, en 1994, et son second, D'ici là, l'année suivante à Rome. Assistant de Jean-Marie Straub et Danièle Huillet de 1996 à 2007, il tourne un film documentaire sur leur méthode de travail, Sicilia! Si gira, en 2001. Son premier long métrage, Les Jours où je n'existe pas, sorti en 2003, explorant à sa manière les sentiers du cinéma fantastique, remporte un succès critique ainsi que le Grand Prix du Festival de Belfort et celui du Meilleur long métrage Cinemavvenire au Festival de Turin. Le Dieu Saturne, moyen métrage, est ensuite réalisé dans le cadre d'une série commandée par la chaîne de télévision Arte puis présenté à la Quinzaine des Réalisateurs au Festival de Cannes en 2004. Il devient pensionnaire de la Villa Médicis en 2005, et y réalise Nocturnes pour le roi de Rome, premier film entièrement tourné avec une caméra de téléphone portable, qui est sélectionné au Festival de Cannes à la Semaine internationale de la critique en 2006. En 2008 il réalise à Kyôto, en résidence à la Villa Kujoyama, pour la deuxième fois avec une caméra de téléphone mobile, un ensemble de miniatures regroupées sous le titre Temps Japonais, dont certaines composent sous ce même titre un film à durée et "géométrie variable" au gré des projections. Son dernier film, Je ne suis pas morte, a été présenté en 2008 au Festival de Locarno et primé à Mar del Plata et Belfort. L'ensemble de ses films s'inscrit dans une série intitulée Le Château de Hasard.
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“ D'un postulat facétieux, le film de Jean-Charles Fitoussi tisse une trame plombante, métaphysique, géniale, illuminée par Antoine Chappey. ”— tomsias 4 janvier 2013
“ Fitoussi filme au téléphone portable un récit de voyage, plus intérieur qu'épique, en même temps qu'une histoire de couple. Aérien. ”— tomsias27 mai 2013