Fill d’un pastor protestant que el sotmeté a una estricta disciplina (influència que ell mateix assenyalà posteriorment com a fonamental en la seva obra) féu estudis de literatura a la Universitat d’Estocolm. El 1938 s’inicià en la posada en escena, per al teatre, que alternà brillantment amb la fílmica. Fou director dels teatres de Helsingborg (1944-46), Göteborg (1946-49), Malmö (1953-69) i el Dramaten d’Estocolm (1960-66). Escriví guions per a Alf Sjöberg i Gustaf Molander, i començà com a realitzador amb Kris (‘Crisi’, 1945). La pel·lícula Sommarnattens leende (‘Somriures d’una nit d’estiu’, 1955) li obrí el reconeixement definitiu com un dels autors més importants i creadors dels dos últims decennis. Tot i que la seva obra manté una unitat compacta, cal destacar dins la seva extensa filmografia Det sjunde inseglet (‘El setè segell’, 1956), Smulstronstället (‘Maduixes silvestres’, 1957), Ansiktet (‘El rostre’, 1958), Tystnaden (‘El silenci’, 1963), Persona (1966), En passion (‘Passió’, 1969), Viskningar och rop (‘Crits i murmuris’, 1972), Scener ur ett äktenskap (‘Secrets d’un matrimoni’, 1973), Trollflöjten (‘La flauta màgica’, 1975), segons l’òpera de Mozart, Face to face (1976), Höstsonaten (‘Sonata de tardor’, 1978), Fanny och Alexander (1982, que obtingué un Oscar ), etc. La problemàtica, essencialment existencial, gira entorn d’una àmplia gamma de constants: la dona, la parella, l’amor, la vellesa, la mort, la moral, la transcendència o la religió, abordades en varietat de gèneres, des de la comèdia fins al film psicològic o el cinema pròpiament religiós. Tot i haver anunciat la seva retirada del cinema, seguí treballant per a la televisió, amb pel·lícules com Hustruskolan (1983), Efter repetitionen (‘Després de l’assaig’, 1984), De Tva saliga (1986), Markisinnan de Sade (1992), Backanterna (1993), Sista skriket (‘L’últim alè’, 1995), Larmarc och gör sig till (‘En presència d’un clown’, 1997), Bildmakarna (2000) i Saraband (2003). També escriví guions com els de Den Goda Viljan (‘Les millors intencions’, 1992), de B.August; Söndagsbarn (‘Nens del diumenge’, 1992), dirigida pel seu fill Daniel, i Trölosa (‘Infidel’), dirigida per Liv Ullman.