Estudià lletres a la Sorbona, i posteriorment fou crític de cinema a Cahiers du cinéma, on entrà en contacte amb François Truffauti Jean-Luc Godard, amb els quals formà el nucli del moviment de renovació del cinema francès conegut com Nouvelle Vague. El seu primer llargmetratge, Le beau Serge (1958), compendia la temàtica i els procediments d’aquest moviment. El seguiren, entre altres films, Les cousins (1959, Os d’Or del Festival de Berlín), À double tour (1959), Les bonnes femmes (1960), Les godelureaux (1961), L’oeil du malin (1962), Les sept péchés capitaux (1962), Landru (1963), Ophélia (1963) i La ligne de démarcation (1966).
Cap a la segona meitat dels anys seixanta adoptà un llenguatge més convencional, centrat molt sovint en trames policíaques, tot i que continuà tenint la burgesia com a blanc de les seves crítiques: Les biches (1967), Le boucher (1969), Juste avant la nuit (1971), La décade prodigieuse (1971), Les noces rouges (1973, premi FIPRESCI del Festival de Berlín), Folies bourgeoises (1976), Violette Nozière (1978), Le sang des autres (1983), Le cheval d’orgueil (1980), Poulet au vinaigre (1985), Masques (1987), Une affaire de femmes (1988, pel qual fou premiat al Festival de Venècia ), L’Enfer (1994, sobre un guió de H.G. Clouzot), La cérémonie (1995), Rien ne va plus (1997, premiada al Festival de Sant Sebastià), Au coeur du mensonge (1999), Merci pour le chocolat (2000), La fleur du mal (2003), La demoiselle d’honneur (2004), L’ivresse du pouvoir (2006), La fille coupée en deux (2007) i Bellamy (2009).
Adaptà també obres literàries de clàssics: Les affinites électives (1982, producció per a la TV), a partir de la novel·la de J.W. Goethe; Le cri du hibou (1987), segons la novel·la del mateix nom de Patricia Highsmith; Quiet Days in Clichy (1989), basada en la novel·la de H.Miller; Madame Bovary (1991), adaptació de l’obra de G. Flaubert; Betty (1992), de G. Simenon, i Chez Maupassant (2007), sèrie televisiva a partir d’alguns contes de Guy de Maupassant.
Rodà també el documental L’oeil de Vichy (1993). Rebé els premis a la trajectòria professional René Clair de l’Académie Française (2005) i del Festival de Cinema de Berlín (2009).