بیست‌ونهم دی ۱۳۱۹ در ساری متولد شد. پدر او سید نصیر سینایی پزشک و اصالتاً اهل اردستان و مادرش میمنت آهنین از خانواده‌ای تهرانی بود. او پس از مهاجرت به تهران، در سال ۱۳۳۷ از دبیرستان البرز دیپلم گرفت. پس از آن به اتریش سفر کرد و از سال ۱۹۵۹ تا ۱۹۶۳ به تحصیل در رشته معماری در دانشکده فنی وین پرداخت. او هم‌زمان به تحصیل آهنگسازی در دانشگاه موسیقی و هنرهای نمایشی وین پرداخت و پس از آن به تحصیل در رشته سینما مشغول شد و با دو درجه ممتاز در کارگردانی و فیلمنامهنویسی در سال ۱۳۴۶ از دانشگاه موسیقی و هنرهای نمایشی وین فارغ‌التحصیل شد.
خسرو سینایی در سال ۱۳۴۲ مجموعه شعری را به نام تاول‌های لجن منتشر کرد. وی از سال ۱۳۳۷ تا ۱۳۴۶ شاگرد ویکتور وینکل باور، سرپرست بخش آکوردئون کنسرواتوار وین (دانشگاه موسیقی و هنرهای نمایشی وین) بود و در کنسرت‌های گوناگون به‌عنوان تکنواز و عضو هیئت ارکستر کنسرواتوار شرکت داشت.
خسرو سینایی در سال ۱۳۴۶ به ایران بازگشت و به مدت پنج سال در وزارت فرهنگ و هنر مشغول به کار شد. او هم‌چنین از سال ۱۳۵۱ تا ۱۳۵۴ با سازمان رادیو و تلویزیون ملی ایران همکاری کرد. خسرو سینایی از آن زمان تا سال ۱۳۷۱ به تدریس در رشته‌های کارگردانی، فیلمنامهنویسی، موسیقی فیلم، مستندسازی و … در دانشگاه و مراکز آموزشی و هنری پرداخت. استاد خسرو سینایی نخستین فیلم سینمایی خود را با نام “زنده‌باد…” در سال ۱۳۵۸ ساخت.
استاد سینایی در طول زندگی هنری خود بیش از ۱۲۰ فیلم کوتاه و بلند ساخت که علاوه بر نویسندگی و کارگردانی، ساخت موسیقی و تدوین برخی از آثارش را نیز بر عهده داشته است. او داور بسیاری از جشنواره‌های ایرانی و بین‌المللی نیز بود.
از آثار سینمایی که او ساخته می‌توان جزیره رنگین، کویر خون، مثل یک قصه، عروس آتش، کوچه پاییز، در کوچه‌های عشق، یار در خانه و هیولای درون را نام برد.
هم‌چنین مستندهای بسیاری ساخته که می‌توان به فیلم‌های مستندی چون: راویان تاریخ، گواهان تاریخ، فرش- اسب- ترکمن، گفتگو با سایه، آوازهای سکوت، طرح برنده، میان سایه و نور، عبور از نمی‌دانم، کوچه پائیز، قصه کوتاهی چندهزار ساله، به کوه مهربان بیندیش، گیزلا، آخرین حلقه زنجیر، سرِ مرز، ابر شهر پیر، سفر به تاریخ، نقاشی مدرن ایران، زن دیروز، زن امروز، تهران امروز، تصاویر یک شهر، جناب دماوندی، مرثیه گمشده، سردی آهن، پرستش، یک سرزمین، یک روز، یک راه، آن سوی هیاهو و… اشاره کرد.
از آثار موسیقی او نیز می‌توان به من ایران را دوست دارم، هیولای درون، یار در خانه، در کوچه‌های عشق، سفر به تاریخ، ابر شهر پیر، آخرین حلقه زنجیره، قصه کوتاهی چند هزار ساله، تهران امروز، تصاویر یک شهر، مرثیه گمشده، گیزلا، میان سایه و نور، آوازهای سکوت، عروس آتش و مثل یک قصه اشاره کرد.
استاد سینایی در عرصه ترجمه و تالیف نیز دستی بر آتش داشته و جوایز بسیاری چون:
جایزه «بهترین فیلم صنعتی» از جشنواره فیلم‌های صنعتی برای فیلم «آخرین حلقه زنجیر» (۱۳۸۴)
نشان ویژه «صلیب شوالیه جمهوری لهستان» از سوی رئیس‌جمهور لهستان برای فیلم مرثیه گمشده (۲۰۰۸)
نشان «هنرمند با افتخار» از وزارت فرهنگ جمهوری لهستان برای فیلم مرثیه گمشده (۲۰۱۰)
جایزه انجمن بین‌المللی منتقدان فیلم (فیبرشی) به فیلم عروس آتش در جشنواره بین‌المللی فیلم کارلوی واری جمهوری چک
سیمرغ بلورین بهترین فیلمنامه در هجدهمین دوره جشنواره فیلم فجر، برای فیلم «عروس آتش» (۱۳۷۸)
لوح زرین بهترین کارگردانی در دومین دوره جشنواره فیلم فجر، برای فیلم «هیولای درون» (۱۳۶۲)
برنده جایزه گلدان بلورین انجمن مبارزان ضد فاشیسم در جشنواره کارلوی جمهوری چک برای فیلم زنده باد… (۱۹۸۰)
مجسمه شهر فرنگ آرشیو فیلم ایران برای فیلم «آن سوی هیاهو»، تهران (۱۳۴۷)
دیپلم افتخار هیئت داوران بین‌المللی در دومین جشنواره فیلم‌های کودکان و نوجوانان، برای فیلم «آن سوی هیاهو»، تهران (۱۳۴۷)
و جایزة فارغ‌التحصیلی آکادمی موسیقی و هنرهای نمایشی (وین – اتریش) به فیلم «ماهیگیری» (۱۳۴۶) را دریافت کرده است.
متاسفانه استاد خسرو سینایی 11 مرداد ۱۳۹۹ به‌علت ابتلا به ویروس کرونا در بیمارستان امیراعلم تهران درگذشت.
خسرو سینایی مدرک درجه یک هنری داشت و از ابتدای فعالیت مؤسسه هنرمندان پیشکسوت به عضویت آن درآمده است.
