No final da década de 50, estréia na profissão dirigindo dois filmes de curta-metragem, Poeta do Castelo e O Mestre de Apipucos, com os quais consegue uma bolsa para estudar na França e em Londres. De volta ao Brasil, roda o curta Couro de Gato (1960), que é transformado em um dos episódios de Cinco Vezes Favela (1961), um dos marcos do cinema novo.
Joaquim Pedro reforça a tradição do documentário brasileiro com Garrincha, Alegria do Povo (1963). Interpreta a cultura e a organização social nacionais em filmes de ficção adaptados de obras literárias: O Padre e a Moça (1965), baseado no poema Negro Amor, de Carlos Drummond de Andrade; e Macunaíma (1969), adaptação do livro homônimo de Mário de Andrade. Em 1971 filma Os Inconfidentes.
Ganha o prêmio de melhor filme do Festival de Brasília em 1981 com O Homem do Pau Brasil, comédia sobre a vida e a obra de Oswald de Andrade. Em 1988 prepara um filme sobre o livro Casa Grande e Senzala, de Gilberto Freyre - uma pesquisa sociológica sobre a cultura brasileira -, mas morre antes de completar o projeto.