Serví a la marina a Indoxina i, un cop desmobilitzat (1953), el 1957 debutà a Quand la femme s’en mêle, d’Yves Allegret. La seva consagració arribà tres anys més tard amb Rocco e i suoi fratelli (1960), de Luchino Visconti. A diferència del personatge que interpretà en aquest film, la seva trajectòria posterior ha estat dominada pels personatges complexos i inquietants, potenciats pel seu gran atractiu personal: Plein soleil (1959), de René Clement; Il Gattopardo (1962), de Luchino Visconti; L’eclisse (1972), de Michelangelo Antonioni; Mélodie en sous-sol (1963), d’Henri Verneuil; Carambolages (1963), de Marcel Bluwal; Les félins (1964), de R. Clément; La tulipe noire (1964), de Christian-Jaque; La piscine (1969), de Jacques Deray; The Assassination of Trotsky (1972), de Joseph Losey; Flic Story (1975), de J. Deray; Mr. Klein (1976), de J. Losey; Mort d’un pourri (1977), de Georges Lautner; Le choc (1981), de Robin Davis; Un amour de Swann (1983), de Volker Schlöndorff; Notre histoire (1984), de Bertrand Blier, pel qual rebé el premi César; Parole de flic (1985), de José Pinheiro; Le passage (1986), de René Manzour, i Ne réveillez pas un flic qui dort (1988), de J. Pinheiro.
Des del final de la dècada de 1980 reduí molt la seva activitat. Entre els títols d’aquesta etapa hi ha Nouvelle Vague (1990), de Jean-Luc Godard; Dancing machine (1990), de Gilles Béhat; Le retour de Casanova (1992), d’Edouard Niermans; Le jour et la nuit (1997), de Bernard-Henry Lévy; Une chance sur deux (1998), de Patrice Leconte, i Les acteurs (2000), de Bertrand Blier. Ha dirigit alguns films de gènere policíac (Pour la peau d’un flic, 1981; Le battant, 1983).
En reconeixement a la trajectòria, l’any 1995 rebé un Os d’Or del Festival de Berlín, el 2012 el premi del Festival de Locarno i el 2019 una Palma d’Or honorífica del Festival de Canes.