Tra gli autori più importanti nella storia del cinema italiano, è tra i pochissimi registi a conseguire il primo premio nei tre festival internazionali più prestigiosi (Berlino, Cannes e Venezia). Artista intellettuale e borghese, è considerato un maestro assoluto nel trattare il disagio esistenziale, l'incomunicabilità e l'alienazione contemporanea, a partire dagli anni Sessanta (suo periodo di massimo splendore artistico). La sua poetica di rottura, di difficile fruizione per il grande pubblico dell'epoca, è citata in chiave ironica in una celebre battuta di Vittorio Gassman ne Il sorpasso (1962) di Dino Risi. Dopo una lunga frequentazione della critica cinematografica e alcune esperienze nel documentario, esordisce al cinema con Cronaca di un amore (1950), dramma sentimentale con Lucia Bosé e Massimo Girotti. La piena maturazione arriva nel 1960, quando realizza il primo capitolo della cosiddetta “Trilogia dell’incomunicabilità” e inizia il suo sodalizio artistico e sentimentale con Monica Vitti. L'avventura, Premio della giuria al Festival di Cannes nell'anno in cui trionfa La dolce vita di Fellini, è un memorabile dramma esistenziale fatto di lunghi silenzi e dialoghi rarefatti, tratti distintivi di tutto il suo cinema. Gli altri due capitoli della “trilogia” sono La notte (1961), Orso d'oro a Berlino, con Marcello Mastroianni e Jeanne Moreau, e L'eclisse (1962), con Alain Delon e Monica Vitti, indagine sentimentale di valenza metafisica, Premio speciale della giuria a Cannes, che è un punto di arrivo della tendenza all'astrazione del suo autore. Vince il Leone d'oro alla Mostra del Cinema di Venezia con Il deserto rosso (1964), suo primo film a colori, interpretato da Monica Vitti e Richard Harris. Nel 1966 arriva lo straordinario Blow-Up, liberamente ispirato a un racconto di Julio Cortázar, che diventa un film-manifesto degli anni Sessanta. La sua ultima grande pellicola è Professione: reporter (1975), affascinante apologo su libertà e identità, con Jack Nicholson e Maria Schneider.