Pošavši stopama oca, pjesnika i filmskog kritičara, do 22. godine postao je priznat pjesnik. Pohađao je studij suvremene književnosti na sveučilištu u Rimu, no odustao je od školovanja dobivši posao kao asistent redatelja Pieru Paolu Pasoliniju na njegovu prvijencu, filmu
Accattone (1961). Već iduće godine Bertolucci ostvaruje i debut režijom filma
Smrt (La commare secca). Uslijedili su
Prije revolucije (Prima della rivoluzione, 1964),
Partner (1968) i
Strategija pauka (Strategia del ragno, 1970), no međunarodnu pažnju i uspjeh stekao je tek filmom
Konformist (Il conformista, 1970) osvojivši nominaciju za Oscara za adaptirani scenarij. Potom snima kontroverzni
Posljednji tango u Parizu (L' ultimo tango a Parigi, 1972) s Marlonom Brandom u glavnoj ulozi. Idući, više nego petosatni, epski film
Dvadeseto stoljeće (Novecento/1900, 1976) bio je prisiljen skratiti. Ipak, 1991. godine Paramount studio izdao je punu verziju filma. Film
Mjesec (La luna, 1979) nije prihvatila ni kritika ni publika. Međunarodni ugled potvrdio je epskom pričom
Posljednji kineski car (The Last Emperor, 1987) koja je osvojila devet Oscara od kojih se izdvajaju oni za najbolji film, režiju i adaptirani scenarij. Film je obilježen jedinstvenom vizualnom estetikom, karakterističnom za Bertoluccijev fimski rad. Azijskoj tematici vratio se filmom
Mali Buda (Little Buddha, 1993), a potom snimio
Čaj u Sahari (The Sheltering Sky, 1990), no nijedan nije postigao osobiti uspjeh.
Zavodljiva ljepota (Stealing Beauty, 1996) proslavila je Liv Tyler, a trenutno posljednji film mu je
Sanjari (The Dreamers, 2003) čija je radnja smještena u Parizu šezdesetih.