Hill televíziózással indította pályáját, majd első nagy dobása az 1962-es Amíg összeszoknak (Period of Adjustment) című játékfilm volt, mely Jane Fondának első nagy szerepei egyikét hozta, a rendezőnek pedig a lehetőséget, hogy a legjobb vígjátékrendezők közé sorolják.

Két év múlva Peter Sellers bemutatkozásában „segített”, a kritikusok szerint ígéretes, ám nem túl nagy sikert aratott The World of Henry Orienttel. Ezt követően sikerek és bukások követték egymást pályáján. Az Ízig-vérig modern Millie 1967-ben népszerű lett, viszont a Hawaiit a szakma sem szerette.

A Butch Cassidy és a Sundance kölyök rántotta vissza az első sorba 1969-ben, majd 1974-ben elnyerte a legjobb rendezőnek járó Oscart A nagy balhéért (The Sting). A közönség minden műfajban kedvelte a történeteit: westernt, thrillert és vígjátékot egyaránt készített.

Mielőtt a filmezéssel kapcsolatba került, Hill színházi szerepeket vállat, majd 1950-ben a koreai háborúban harcolt pilótaként. Háborús élményeit egy forgatókönyvben írta meg, majd eladta az NBC-nek. Televíziós rendezőként is aratott. 1956-ban Emmy-díjra jelölték A Night to Remember című drámájáért (ebben a Titanic elsüllyedését dolgozta fel). A színházzal később is kapcsolatban maradt: pl. a Broadwayn rendezte az Anthony Perkins főszereplésével készült Look Homeward, Angel című darabot.

Mindkét sikerfilmje, a Butch Cassidy és A nagy balhé főszereplőpárosa is Paul Newman és Robert Redford volt. 1970-ben a Butch Cassidy rendezéséért elnyerte a Brit Filmakadémia díját. A nagy balhé nyolc Oscart nyert, köztük a legjobb filmét is. Hill a Directors Guild of America Award díjában is részesült, játékfilmes munkássága terén elért eredményeiért. Az 1972-es Slaughterhouse Five Cannes-ban a zsűri különdíját nyerte el, de a kasszáknál szerényebb sikert aratott. 1975-ben ismét Redforddal dolgozott, elkészítette A nagy Waldo Peppert, Newmannal pedig a Slap Shotot.

George Roy Hill 1982-ben újra megjelent a mozikban: a Garp szerint a világ Robin Williams szereplése mellett a színészi alakításoktól vált fesztiválkedvenccé: John Lithgow és Glenn Close játékát Oscarra jelölték (Close-nak ez volt a filmes debütálása is).

Utolsó két filmje a The Little Drummer Girl és a Fura farm (1988) volt.