Uno de los más innovadores y creativos directores de fotografía de Hollywood. Estudió en una escuela técnica ingeniería en electricidad. A los 15 años dejó la escuela y se trasladó a Hollywood, donde se empleó primero en las oficinas de un estudio y después, al interesarse por las cámaras, como asistente del director de fotografía George Barnes. Debutó en la dirección en Bulldog Drummond (1929), codirigiendo con Barnes, con quien volvería a trabajar en otros ocho filmes. Cuando realizó su primer largometraje (Palmy days, 1931) sin Barnes, a los 27 años, se convirtió en el director de fotografía más joven de Hollywood.
Excelente profesional y con un interés continuo en la experimentación en técnicas lumínicas y fotográficas, se especializó en el uso de la profundidad de campo, los estudios techados, los claroscuros y los contrastes de estilo expresionista y en filmar en espacios reducidos. En 1939 ganó el Oscar a la mejor fotografía por Cumbres borrascosas (Wuthering Heights), de William Wyler. Cansado de las convenciones del cine comercial, encontró una mirada distinta en en el debutante Orson Welles, con quien llegó a la cumbre de sus búsquedas experimentales realizando una obra de arte como El ciudadano (Citizen Kane, 1941). Luego trabajó en clásicos como Lo mejor de nuestra vida (The Best Years of Our Lives, 1946) y Viñas de ira (The Grapes of Wrath, 1940) y en Hombres de mar (The Long Voyage Home, 1940). En 1943, durante la Segunda Guerra mundial, codirigió con John Ford el documental bélico December 7th. Murió de un ataque al corazón a los 44 años mientras estaba trabajando.
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