Улугбек Хамраев - потомственный кинематографист, он является внуком Народного артиста СССР Раззака Хамраева. В 1980-х годах Улугбек снимался в детских фильмах на киностудии «Узбекфильм».
После школы он окончил операторский факультет ВГИКа, проходил практику и работал в Голливуде. Кроме работ в кино Улугбек Хамраев известен как режиссёр музыкальных клипов и рекламных роликов.
8 июля 2014 года у Улугбека и его жены Анны Виноградовой родился сын Неймар.
В марте 2015 года был награждён призом Ассоциации продюсеров кино и телевидения в области телевизионного кино в категории «Лучшая операторская работа» за сериал «Мажор».