Durante o serviço militar, torna-se caricaturista e, a partir de 1921, trabalha como cenógrafo no teatro moscovita. Realiza vários filmes com o objetivo de difundir os ideais da Revolução Russa, como A Greve (1924) e sua obra-prima O Encouraçado Potemkin (1925).
Neste filme utiliza sua teoria da montagem: duas ou mais imagens independentes, colocadas em sequência, criam uma nova realidade. A cena do carrinho de bebê descendo desgovernadamente as escadarias de Odessa, intercalada à imagem do grito da ama, transforma-se em uma das mais fortes do cinema.
No início da década de 30, Eisenstein é contratado para filmar em Hollywood, mas não consegue impor suas concepções. Vai então para o México, onde realiza Que Viva México! (1931) - diversas passagens são utilizadas mais tarde em outros filmes sem seu consentimento.
Também são considerados marcos do cinema mundial Outubro (1927), O Velho e o Novo (1929) e Ivan, o Terrível (1944) - painel histórico sobre o processo de unificação russa durante o reinado de Ivan III, entre 1462 e 1505. Tem várias publicações teóricas, como Reflexões de um Cineasta (1958). Morre em Moscou.