Der Sohn des Fabrikdirektors Wilhelm Mauch und seiner Ehefrau Erika, geborene Plappert, besuchte die Waldorfschule und ließ sich ab 1954 als Fotograf ausbilden. Seit 1957 arbeitete er in München als Volontär bei der Gesellschaft für Bildende Filme, die besonders auf Industrie- und Dokumentarfilme spezialisiert war.
In München lernte er den Regisseur Edgar Reitz kennen, als dessen Assistent er von 1959 bis 1963 Dokumentarfilme drehte. 1963 wurde er freischaffender Kameramann und Dozent am Institut für Filmgestaltung an der Hochschule für Gestaltung Ulm. Bei dem frühen Klassiker des Neuen Deutschen FilmsAbschied von gestern war er zweiter Kameramann neben Reitz. Ab 1967 arbeitete er vor allem mit Werner Herzog.
Neben seiner Kamera- und Dozentenarbeit war Mauch auch als Drehbuchautor und Regisseur tätig, meist für die Serie Das kleine Fernsehspiel des ZDF. 1987 inszenierte er mit Adrian und die Römer als Co-Regisseur neben Klaus Bueb seinen ersten Kinofilm.
Aus seiner Beziehung mit der Regisseurin Helma Sanders-Brahms stammt eine Tochter, aus der Liaison mit Pia Frankenberg ein Sohn. Später wurde die Produzentin Gabriele Röthemeyer seine Lebenspartnerin.