La passion de Paulo Morelli pour le cinéma remonte à son enfance. Tout jeune, il commence à faire de petits films avec sa caméra 8mm. S'il se lance ensuite dans des études d'architecture, il revient vite à ses premières amours. Il retourne derrière la caméra et crée dans les années 80 une société de production audiovisuelle avec des amis. Paulo se lance alors dans les programmes télévisés indépendants.
Il fonde ensuite O2 Filmes avec le réalisateur
Fernando Meirelles et le producteur Andréa Barata Ribeiro. Au sein de cette nouvelle société, Paulo réalise diverses publicités et séries télévisées. En 1997, il signe son premier court métrage,
Lapide, récompensé dans divers festivals. Rebelotte en 2003 avec ses deux longs métrages
O Preço da Paz et
Speaker Phone. L'année suivante, il participe à la série
La Cité des hommes, d'après
La Cité de Dieu de son collègue
Fernando Meirelles. En 2007, Paulo adapte la série au cinéma.
La Cité des hommes, le film, sort en France en juillet 2008.