پرتوی فعالیت هنری خود را با ساخت فیلم‌های کوتاه در سینمای آزاد دماوند آغاز نمود. وی تحصیلاتش را در دانشکده هنرهای دراماتیک سابق (دانشکده سینما و تئاتر) دانشگاه هنر ناتمام گذاشت و در دوران دانشجویی چند فیلم کوتاه مستند و داستانی برای تلویزیون ایران کارگردانی کرد و همان زمان نخستین فیلم بلند داستانی اش را با نام عینک برای شبکه دوم تلویزیون ساخت و کارگردانی در سینمای حرفه‌ای را با فیلم ماهی تجربه کرد. از آثار به یادماندنی او در زمینه کارگردانی می‌توان به فیلم‌های ماهی، گلنار، بازی بزرگان، کافه ترانزیت، پرده و کامیون اشاره کرد. او برای ساخت فیلم ماهی جایزه بهترین فیلم جشنواره فیلم جیفونی ایتالیا و جایزه یونیسف از جشنواره فیلم برلین و جایزه بهترین فیلم جشنواره فیلم آدلاید استرالیا را به دست آورد. پرتوی برای کارگردانی کافه ترانزیت جایزه جشنواره بین‌المللی فیلم ماردل پلاتا و جایزه فیپرشی جشنواره بین‌المللی فیلم داکا و همچنین سیمرغ بلورین بهترین فیلمنامه را از جشنواره فیلم فجر و تندیس زرین جشن خانه سینما را کسب کرد و نامزد هوگو طلایی جشنواره بین‌المللی فیلم شیکاگو، نامزد جایزه بالن طلایی جشنواره سه قاره در سال ۲۰۰۵ شد. وی همچنین برای کارگردانی این فیلم نیز در بخش بهترین کارگردان کاندید بود. او پیشتر جایزه بهترین فیلمنامه را برای فیلم من ترانه ۱۵ سال دارم (رسول صدر عاملی) در سال ۱۳۸۰ از بیستمین جشنواره فیلم فجر دریافت نموده بود. او برای سومین بار هم این جایزه را برای فیلمنامه فیلم فراری (علیرضا داوودنژاد) دریافت کرد. او همچنین دو جایزه بهترین فیلمنامه از جشن خانه سینما را برای فیلم‌های قطعه ناتمام (مازیار میری) و کافه ترانزیت از آن خود کرد. همسر او فرشته صدرعرفایی بازیگر است. او نویسنده سریال گل پامچال و نویسنده طرح اولیه فیلم گروهبان بوده است. کامبوزیا پرتوی در فیلم‌هایی مثل آدم (رضا کاهانی)، شبانه‌روز و پنج ستاره مشاور کارگردان و در فیلم‌هایی مثل شب یلدا (کیومرث پوراحمد)، یک شب، سه زن (منیژه حکمت) و سوت پایان (نیکی کریمی) مشاور فیلمنامه بوده است. وی همچنین نویسندگی فیلمنامه فیلم‌های دیگری همچون شیرک (داریوش مهرجویی)، دایره (جعفر پناهی)، شب و خیابانهای آرام را بر عهده داشته است. پرتوی در ساخت خانه دوست کجاست و در نوشتن فیلمنامه ایستگاه متروک با عباس کیارستمی همکاری داشت. فیلم پرده در سال ۱۳۹۱ با کارگردانی مشترک او و جعفر پناهی ساخته شد فیلمی متفاوت که خود او نقش اول آن را بازی کرد. پناهی و پرتوی به صورت مشترک برای این فیلم نامزد جایزه بهترین کارگردانی جشنواره فیلم آسیا پاسیفیک، نامزد جایزه بهترین فیلم به انتخاب مخاطبان جشنواره بین‌المللی فیلم شیکاگو، نامزد جایزه چشم‌انداز جدید جشنواره فیلم سیتخس و برنده جایزه خرس نقره ای جشنواره فیلم برلین ۲۰۱۳ شدند و جایزه ویژه بهترین فیدبک جامعه منتقدان فیلم آنلاین را از آن خود کردند.