S'inicià com a dramaturg, i entre la segona meitat dels anys cinquanta i la primera dels seixanta fou autor d’un centenar d’obres d’avantguarda. L’any 1968 estrenà la seva primera pel·lícula, Tres tristes tigres, que el convertí, després de Miguel Littin, en el principal realitzador xilè. Professor de cinema a la Universitat Catòlica de Valparaíso (1969-72), després del cop d’estat del 1973 s’exilià a França, on continuà la seva carrera cinematogràfica, que comprèn més de cent cinquanta títols i es caracteritza per una tendència cap a l’experimentació, l’absurd i el surrealisme, i la influència de la literatura llatinoamericana i europea.
De la primera etapa xilena destaca també Palomita blanca (1973) i, de la francesa, on rodà en una gran diversitat de formats i pressupostos, hom pot esmentar L’hypotèse du tableau robé (1978), Bérénice (1983), Las tres coronas del marinero (1983), La isla del tesoro (1985), La soledades (1992), Génealogies d’un crime (1996, Os de Plata del Festival de Berlín), Le temps retrouvé (1998), que testimonia la seva admiració per Marcel Proust, Comédie de l’innocence (2000), Días de campo (2004), la sèrie televisiva La Recta Provincia (2007), Litoral, cuentos del mar (2008) i Misterios de Lisboa (2010), amb la qual guanyà la Concha de Plata al millor director del Festival de Sant Sebastià. Pòstumament, l’any 2012 hom presentà al Festival de Canes La noche de enfrente, rodada a Xile el mateix any de la seva mort.
L’any 1997 el govern xilè el guardonà amb el Premio Nacional de Artes de la Representación y Audiovisual. El 2011 obtingué el doctorat honoris causa de la Universitat de Valparaíso.