Fils du peintre et dessinateur Constantin Popescu, peintre, sculpteur et caricaturiste lui-même, il se passionne à l'orée des années 50 pour le dessin animé et fonde dans les studios de Buftea un département consacré à l'animation. Après quelques essais (l'Abeille et la Colombe Albia i porumbelul, 1951 ; Un drôle de caneton aoiul neasculator, id. ; Deux Petits Lapins Doi iepurai, 1952 ; Marinia, 1954), il se libère de l'influence de Walt Disney et invente en 1956 un petit personnage, nu, asexué, tête en forme d'uf et ventre mou, sourire figé résolument optimiste, à la fois ingénu, intelligent et obstiné, en perpétuel état de curiosité et d'interrogations sur le monde qui l'entoure. Avec un humour quelque peu professoral, Popescu-Gopo part à la redécouverte de la planète (Histoire courte Scura istorie, 1957), de l'histoire de l'art (les Sept Arts apte arte, 1958), de l'homme (Homo sapiens, 1960) et de la communication (Allo ! allo !, 1962) guidé par ce faux candide qui traverse un univers livré aux métamorphoses avec pour compagnon de route une petite fleur. Le cinéaste est très tôt attiré par le mélange des genres. Dès 1953, il avait réalisé un moyen métrage la Petite Menteuse (Fetía mincinoaa), un conte de fées où se glissaient gags et trucages. Dans la Mouche fortunée (O musca cu bani, 1954), il mélange acteurs et dessins. Pour l'amour d'une princesse (De dragul printesei, 1959) est un premier pas vers le film de fiction pure, genre qu'il tente d'apprivoiser dans On a volé une bombe (S-a furat o bomb, 1961), à la fois fantaisie philosophique, burlesque et métaphorique et thriller parodique. Dans son second long métrage Des pas vers la lune (Pi spre lua, 1963), il médite sur la place de l'homme dans l'univers. On le sent parfois prisonnier de son ambition : chercher à appliquer aux films narratifs les trouvailles, voire le rythme de l'animation : le Maure blanc (Harap alb, 1965), Faust XX (1966). Il oscillera désormais entre le dessin animé (retrouvant de-ci de-là, au gré de l'inspiration, son célèbre homuncule) : Pilule n 1 (Pilule I, 1966) ; Pilule n 2 (Pilule II, 1967) ; Sancta Simplicitas (1968) ; Moi + moi = moi (Eu + eu = eu, 1969) ; Bons Baisers (aruari, id.) ; la Clepsydre (Clepsidra, 1972) ; 1, 2, 3 (1975) ; l'Infini (Infinit, 1977) ; Ecce Homo (1978) ; Trois Pommes (Trei mere, 1979) ; Et pourtant elle tourne (Si totui se mia, 1980) ; Orgueil (Orgolii, 1982) ; Toi (Tu, 1983) ; l'Humour des sportifs (Umorsportiv, 1984) et le long métrage : Une comédie fantastique (Comedie fantastia, 1975) ; Une histoire d'amour (Poveste dragostei, 1977), où il tente de traduire en images des fables cosmiques ou philosophiques. En 1981, il tourne un musical pour enfants : Maria Mirabela (CO Natacha Bodiul) et rassemble dans Quo vadis, Homo sapiens ? une anthologie de son uvre animée (1983). En 1984, il présente GALAX et le Pari (amagul). On a dit de lui qu'il était un « pacifiste humoriste amoureux fou des étoiles ».
