Nato e cresciuto nel New Jersey, durante gli studi conosce il futuro regista Bryan Singer e il futuro attore Ethan Hawke. Terminati gli studi si trasferisce in Australia, dove lavora come assistente in una scuola di Perth. Tornato negli Stati Uniti, lavora in un’agenzia investigativa. Nel 1992 è intenzionato ad entrare nella New York City Police Department, ma lascia l’accademia quando l’amico Bryan Singer gli offre la possibilità di collaborare con lui alla stesura del suo primo film, Public Access.
I due collaborano nuovamente nel 1995 nel film I soliti sospetti, e McQuarrie si guadagna moltissimi riconoscimenti, tra cui l’Oscar alla migliore sceneggiatura originale. Nel 2000, oltre a collaborare alla sceneggiatura di X-Men, pur non venendo accreditato, debutta alla regia con il suo primo film, Le vie della violenza con Benicio Del Toro e Ryan Phillippe.
McQuarrie aveva iniziato a scrivere un biopic sulla vita di Alessandro Magno, destinato alla coppia Martin Scorsese e Leonardo DiCaprio, ma i due preferirono girare prima The Aviator, così che Oliver Stone anticipò tutti realizzando la sua versione, Alexander. Torna a lavorare con Singer in Operazione Valchiria, basato sul complotto per uccidere Adolf Hitler in cui Tom Cruise interpreta Claus von Stauffenberg.
Nel 2010 crea la serie televisiva Persone sconosciute e ne co-sceneggia gli episodi. Nello stesso anno partecipa alla sceneggiatura di The Tourist che vede alla regia Florian Henckel von Donnersmarck.
