Költő, szerkesztő, tanár és filmkritikus apja alapította Pármában az első filmklubot, amelynek fia lelkes látogatója volt. Bernardo verselt is, elnyerte az egyik legrangosabb olasz irodalmi díjat. Tizenöt évesen, kézi kamerájával forgatta első rövidfilmjeit, karácsonyi disznóölésekről. 1962-ben már az általa "második apjának" tartott Pier Paolo Pasolini asszisztense volt, akinek ajánlására és ötletéből rendezhette első játékfilmjét. A kaszás még a francia új hullám, elsősorban Godard hatását mutatta: távolságtartó hangnem, bonyolult narratív montázs, rejtett kamerahasználat. 1964-ben Forradalom előtt címmel Stendhal A pármai kolostor című regényét vitte filmre, ebben már az őt mindig is foglalkoztató konfliktust, a szabadság és konformitás ellentétét boncolgatja. A rendezőt a kritika a fiatal Orson Welleshez hasonlította, de alkotása nem aratott közönségsikert.

Egy ideig forgatókönyveket írt, így többekkel együtt jegyezte a Volt egyszer egy vadnyugat című klasszikus westernt, s kommunista párttag lévén a pártnak rendezett dokumentumfilmeket. Az 1968-as diáklázadásokat dolgozta fel A partner című filmjében, mai környezetbe helyezve át Dosztojevszkij A hasonmás című regényét. Az események lecsengése után szakított az újhullámmal, és "felfedezte" a klasszikus filmnyelvet, a forradalmakból kiábrándulva a múltba, a fasizmus hétköznapjai felé fordult. 1970-ben Alberto Moravia regénye nyomán készítette el A megalkuvót, amelynek forgatókönyvéért először jelölték Oscar-díjra.

A világsikert 1972-ben a hatalmas botrányokat kavaró Az utolsó tangó Párizsban hozta meg számára, amelyet ma is a valaha készített legerotikusabb filmek között emlegetnek. A középkorú özvegy amerikai férfi és a fiatal francia színésznő kapcsolatát bemutató alkotás nyíltan ábrázolta a szexualitást, amelyet a rendező egyfajta nyelvként, a kommunikáció sajátos formájaként fogott fel. Bertoluccit rendezői Oscar-díjra jelölték, Franciaországban kitüntették, de művét odahaza pornográfia vádjával betiltották, és a rendezőt bíróság elé állították.

Négy évvel később fejezte be a monumentális, több mint ötórás Huszadik századot, amely Olaszország 1900 és 1945 közötti történetét dolgozta fel két ugyanazon a napon született, de barátból politikai ellenféllé váló férfi életét nyomon követve. Az Egy nevetséges ember álma (1981) a kommunistákkal való kiegyezésre törekvő kormányfő, Aldo Moro elrablása, illetve a II. János Pál pápa elleni merénylet árnyékában egy terrorista emberrablással foglalkozott.

Ezután Hollywoodba költözött, ahol Az utolsó kínai császárral tette le névjegyét 1987-ben. A Pu Ji önéletrajza alapján készült, kilenc Oscar-díjjal - köztük a legjobb filmnek és a legjobb rendezésnek (az utóbbi kategóriában az első olaszként) járó szoborral - honorált alkotás 30 ezer kínai statisztát vonultatott fel, a stáb még a pekingi császári palotában is forgathatott. Az 1990-ben készített Oltalmazó ég Észak-Afrikában játszódó, pszichologizáló szerelmi háromszög a modern amerikai és a hagyományos arab civilizáció drámai találkozásáról, középpontjában az otthontalanság életérzése áll. Az 1994-es A kis Buddha, amely az első Bhutánban forgatott film, túlságosan hosszúra és "giccsesre" sikeredett, és éppúgy hűvös fogadtatásban részesült, mint a két évvel későbbi Lopott szépség, hiába forgatott másfél évtized után ismét Itáliában, a festői Toscanában. A 2003-as Álmodozók egy fiatal amerikai kalandjait meséli el Párizsban az 1968-as diáklázadások idején.

Bertolucci néhány éve betegsége miatt kerekesszékbe kényszerült, s magában már leszámolt a filmkészítéssel. Alkotókedvét a háromdimenziós technikában rejlő lehetőség ébresztette fel, és 2012-re elkészült Én és te című munkája, amelyet egy tizenéves és egy huszonéves fiatalról szóló olasz regény alapján forgatott, igaz, a tervektől eltérően, mégsem 3D-ben.

Rendezőként az a hitvallása, hogy a film legyen meglepő és szórakoztató. A kritika filmjeinek lenyűgöző képi világát, drámai érzékét, pszichológiai ábrázolókészségét emeli ki, egyszerre emlegetik humanistaként és szenzualistaként. Bertolucci más művészetekhez is vonzódik: operatőrének nem technikai instrukciókat ad, hanem az általa elképzelt hangulatot tükröző festményeket és fotókat mutat meg.

A világhírű olasz rendező életművét 2007-ben a velencei filmfesztivál Arany Oroszlán-, 2001-ben a Cannes-i tiszteletbeli Arany Pálma-díjjal ismerte el, 2012-ben átvehette az Európai Filmakadémia életműdíját, mindezek mellett csillaga díszíti a hollywoodi Hírességek Sétányát.