Révélé par Rome, ville ouverte (1945) et Paisà (1946), films phares du néoréalisme, il se hausse d'un coup au premier rang des cinéastes de sa génération. Avec des moyens de fortune, des interprètes non professionnels mêlés à des acteurs chevronnés, il témoigne de la souffrance et prodigue des messages d'espoir et de fraternité. Sa rencontre avec Ingrid Bergman marquera son œuvre : les films qu'il tourne avec elle sont des radiographies d'un couple moderne, des pages d'un journal intime, où l'anecdote est réduite à sa plus simple expression, de Stromboli (1949) à la Peur (1954) en passant par Voyage en Italie. Après une période de tâtonnements et l'échec de Anima nera (1962), il abandonne le cinéma pour la télévision, où il réalisera : la Prise du pouvoir par Louis XIV (1966), Socrate (1970). En 1975, il tourne un dernier film qui constitue un admirable point de convergence de toute son œuvre : le Messie.