A rendező a közép-olaszországi Ferrarában született, Bolognában szerzett közgazdasági diplomát, de már fiatalon a filmszakmát választotta, előbb kritikusként, később forgatókönyvíróként és dokumentumfilm-rendezőként.
Első önálló filmjét, az Egy szerelem történeté-t 1950-ben rendezte. Igazi hangját az 1950-es évek végén találta meg az olasz polgári lét kiüresedésének ábrázolásával. A mai napig egyik legnagyobb remekművének tekintik A kaland-ot (1959), de legalább ilyen hatású volt Az éjszaka (1960) és a Vörös sivatag (1964) is.
A 60-as évek második felét jellemző "ellenkulturális" mozgalmak olyan irányadó filmjeit készítette el, mint a Nagyítás (1966) és a Zabriskie Point (1969). Szüntelen kísérletező kedvére jellemző, hogy 1980-ban elektronikus eszközökkel készítette el Az oberwaldi titok című filmjét, sőt még videoklipet is készített az olasz rocksztárnak, Gianna Nannininek. 1985-ben súlyos agyvérzést kapott, félig megbénult és többé nem tudott beszélni, ennek ellenére felépülése után ismét dolgozni kezdett: 1995-ben Wim Wenders német filmrendezővel közösen forgatták a Túl a felhőkön-t. Utoljára két évvel ezelőtt készített rövidfilmet Eros címmel.
