Crític de cinema a Gazette du Cinéma i a Cahiers du Cinéma, els anys cinquanta entrà en contacte amb els joves cineastes que crearien la Nouvelle Vague, de la qual ell mateix seria un destacat representant. El seu primer llargmetratge, À bout de souffle (1959), constituí una fita del moviment i del cinema en general pel distanciament que aconseguia mitjançant llargs plans seqüència i l’adaptació de tècniques del cinema documental.
Com aquesta, les seves produccions posteriors, en les quals les fronteres entre gèneres foren sovint qüestionades, suscitaren polèmica per l’esperit iconoclasta i anticonvencional, tant en l’aspecte formal com pel discurs revolucionari a ultrança a tots els nivells, des del quotidià al polític: Le petit soldat (1960-63), Une femme est une femme (1961), Vivre sa vie (premiat a Venècia, 1962), Les carabiniers (1963), Alphaville (premiat a Berlín amb l’Os d’Or, 1965), Pierrot le fou (1965), La chinoise (1967, premi especial del jurat a Venècia), Week-end (1968), Tout va bien (1972), Six fois deux (1976), Sauve qui peut (la vie) (1980), Passion (1982), Prénom Carmen (Lleó d’Or a Venècia, 1983), Je vous salue Marie (1984), Détective (1985), Nouvelle vague (1990), Hélas pour moi (1993), Éloge de l’amour (1999), Pour une histoire du XXIème siècle, Notre musique (2004), Filme socialisme (2010), etc. Participà en els films col·lectius 3x3D (2013) i Ponts de Sarajevo (2014, documental). El 2014 estrenà Adieu au langage, film amb el qual guanyà el premi del jurat del Festival de Canes, i el 2018 Le livre d’image, guardonat amb la primera Palma d’Or especial en la història del Festival de Canes. L’any 2010 rebé un Oscar honorífic. Morí per suïcidi assistit, una pràctica legal a Suïssa.