Scienziato, teorico, narratore di grande talento (Les gommes,1953; Le voyeur, 1955; La jalousie, 1957; Dans le labirinthe,1959); La maison de rendez-vous, 1965; Projet pour une révolution a New York, 1970), critico e teorico della letteratura (Pour un nouvean roman, 1964), si cimentò anche con le potenzialità espressive del mezzo cinematografico, nel quale individuò uno dei mezzi più efficaci per esprimere proprie teorie espressive. Collaborò quale sceneggiatore alla produzione del celebre e inquietante L'anno scorso a Marienbad (1961) di Alain Resnais, per poi cimentarsi nella regia con L'Immortale (1963), film molto discusso e testimonianza originale della crisi del mondo contemporaneo. Con i successivi Trans-Europ-Express (1966), L'uomo che mente (1968), Oltre l'Eden (1971), Spostamenti progressivi del piacere (1973), Giochi di fuoco (1974), La belle captive (1983), ha portato sullo schermo la sua opera letteraria, coinvolgendo lo spettatore in un gioco intellettuale in cui con ironia, non priva di affettazione e intellettualismo, si rompe la continuità narrativa e si smontano i generi più in voga come il giallo, il film erotico, il noir. Alla fine degli anni Ottanta ha abbandonato il cinema per dedicarsi alla saggistica e all'insegnamento. I risultati del suo cinema sono molto discussi e tutt'oggi suscitano molte perplessità.