Suas primeiras experiências em 35 milímetros se dão com dois curtas-metragens, A Bolsa e a Vida (1971) e A Emboscada (1972). Seu primeiro longa, Tati, a Garota (1972), representa o Brasil no Festival de Moscou.
Dirige mais 12 filmes, entre eles A Estrela Sobe, que recebe o Prêmio Air France de Cinema de melhor diretor e melhor atriz, com Betty Faria; Dona Flor e Seus Dois Maridos (1978), que bate o recorde de público no Brasil, com 12 milhões de espectadores; O Beijo no Asfalto (1981); e Gabriela (1982). Em 1996 roda O Que É Isso, Companheiro?, indicado ao Oscar de melhor filme estrangeiro em 1997.
O trabalho é inspirado no sequestro do embaixador americano Charles Elbrick por guerrilheiros que lutavam contra a ditadura militar, em 1969. Casado com a atriz norte-americana Amy Irving, Bruno Barreto vive atualmente nos Estados Unidos (EUA).
Em 1998 realiza Entre o Dever e a Amizade, obra com locações nos EUA e no Canadá, protagonizada por um elenco norte-americano e falada em inglês. Está previsto para o fim de 1999 o lançamento de sua superprodução Bossa Nova, que terá o ator Antonio Fagundes no papel de um advogado.