Középpolgár családban született, ahol a műveltség, a széles látókör, az értelmiségivé válás a családi hagyományok, a családi kultúra része volt. Természetes volt, hogy egyetemre megy. Nagyon nehezen döntötte el, hogy mi akar lenni, így több egyetemmel, szakkal is próbálkozott. Előbb a közgazdasági, majd a bölcsész, végül az építészmérnök karon köt ki, de egyik sem elégíti ki maradéktalanul az érdeklődését. Az alakuló neorealista csoport körül téblábolva kezd el filmkritikákat írni, majd véglegesen a filmhez pártol. 1939-ben, Rómában a Centro Sperimentale hallgatója lesz. Az olasz neorealisták köréhez csatlakozva Roberto Rossellini válik a mesterévé. Elutazik Franciaországba is, hogy ott a francia lírai realizmus nagymesterétől, Marcel Carnétól is tanuljon filmet készíteni.
1950-ben készíti első játékfilmjét (Egy szerelem története). Ez a játékfilm a családi környezetet jelentő középpolgárok életmódjáról, életviteléről rajzol átfogó képet. A nagy szakmai elismerést az 1955-ben készült A barátnők hozza meg a számára. A film a csoportműködést, az önmagukkal kezdeni mit sem tudó polgárok életét tanulmányozza, hitelesen érzékeltetve a vidéki középpolgárok kicsinyes életvitelét. A filmtörténetileg legjelentősebb műveit az 1960-as évek elején készíti. Az ekkor készült, tetralógiává (A kaland 1960, Az éjszaka 1961, Napfogyatkozás 1962, Vörös sivatag 1964) összeálló filmjeiben formailag, tartalmilag újat hoz nemcsak az olasz, hanem a világ filmtörténetében. Hosszú kocsizásaival, gondosan megkomponált képeivel a hűvös, távolságtartó filmstílus legnagyobb mesterévé válik, aki a fogyasztói társadalom személyiség romboló, neurotizáló hatását mutatja be.
Az 1960-as évek vége óta külföldön, Angliában, Amerikában, Franciaországban forgat. Változatlanul az elidegenedés, a magány, a belső sivárság problémái érdeklik. Elsőként fogalmazza meg a XX. századi kultúrák, a magasan fejlett országok, és a harmadik világ elmaradottságából származó konfliktusokat (Nagyítás 1966, Zabriskie Point 1969, Foglalkozása: riporter 1975, Egy nő azonosítása 1982).
Legutolsó filmjét Wim Wenders, német filmrendező szellemi és pénzügyi támogatásával rendezte (Túl a felhőkön 1996). A film az öregedő filmrendező visszaemlékezéseit tartalmazza, a szerelem mulandóságát, a férfi nő kapcsolat örömeit, és bánatait mutatja be.
