او تحصیلاتش را تا مقطع دیپلم ادامه داد ولی شوق و علاقه به سینما باعث شد به جای تحصیل در دانشگاه کار خود را به صورت عملی در نزد بزرگان سینما آغاز کند.
وی فعالیت خود را در سینما با دستیاری مرحوم ساموئل خاچیکیان در فیلم خداحافظ تهران آغاز کرد و با این فیلم او با محیط حرفه‌ای سینما آَشنا شد.
مسعود کیمیایی در سال ۱۳۴۷ اولین فیلمش؛ بیگانه بیا را کارگردانی کرد و با همین فیلم مخاطبان خاص خود را پیدا کرد.
وی در سال ۱۳۴۸ فیلم بعدی خود قیصر را ساخت؛ فیلمی که سینمای آن سال‌ها را تحت تاثیر قرارداد و آن را آغازگر موج نوی سینمای آن سال‌ها می‌دانند. موجی که به همراه خود استعدادهای نهانی مانند داریوش مهرجویی را کشف کرد.
وی در سال ۱۳۵۰ داش آکل را کارگردانی کرد و در سال ۱۳۵۴ گوزن‌ها را خلق کرد.
پس از پیروزی انقلاب اسلامی و در سال ۱۳۶۱ فیلم خط قرمز را با بازی سعید راد کارگردانی کرد. او در دهه 60 فیلم‌های تیغ و ابریشم، سرب، دندان مار و گروهبان را کارگردانی کرد. در سال ۷۳و ۷۴ فیلم‌های تجارت و ضیافت را کارگردانی کرد و بازیگران جوانی را با این دو فیلم به سینمای ایران معرفی کرد.
برخی از آثار مسعود کیمیایی:
- جسدهای شیشه‌ای، رمان، آتیه، ۱۳۸۰
- زخم عقل، دفتر شعر، ورجاوند، ۱۳۸۲
- بیگانه، 1347
- قیصر، 1348
- رضا موتوری، 1349
- داش‌آکل، 1350
- گوزن‌ها، 1354
- سفر سنگ، 1356
- خط قرمز، 1361
- تیغ و ابریشم، 1364
- سرب، 1367
- دندان مار، 1368
- گروهبان، 1369
- تجارت، 1373
- ضیافت، 1374
- سلطان، 1375
- مرسدس، 1376
- فریاد، 1377
- اعتراض، 1378
- سربازان جمعه، 1382
- حکم، 1383
- رئیس، ۱۳۸۵