Karierę rozpoczął od filmów krótkometrażowych. Nakręcony w 1948 dwudziestominutowyVan Gogh otrzymałOscara w 1950. W 1952 otrzymał specjalną nagrodęZłotego Globu. W 1955 nakręcił głośny dokumentalny filmNoc i mgła poświęcony wyzwoleniu niemieckich obozów koncentracyjnych. Jego pełnometrażowy debiutHiroszima, moja miłość przyniósł nominację do Oscara za najlepszy scenariusz oryginalny dlaMarguerite Duras w1961, w atmosferze skandalu został wycofany z Festiwalu w Cannes (temat wojny atomowej uznano za zbyt drażliwy, nie chciano także prowokować protestów amerykańskich) i jest uważany za początek tzw. nowej fali.
W 1977 Resnais nakręcił swój pierwszy film po angielsku -Opatrzność i w tym samym roku otrzymał nagrodęCezara za najlepszą reżyserię, a sam film zdobył jeszcze sześć Cezarów (jako najlepszy film, za montaż (Albert Jurgenson), muzykę (Miklós Rózsa), scenografię (Jacques Saulnier), dźwięk (René Magnol i Jacques Maumont) i scenariusz (David Mercer)).
W 1998 otrzymał kolejnego Srebrnego Niedźwiedzia za filmZnamy tę piosenkę (film ten otrzymał także siedem Cezarów - jako najlepszy film, za najlepszy scenariusz oryginalny (Jean-Pierre Bacri iAgnès Jaoui), najlepszą rolę męską (André Dussollier), najlepsze drugoplanowe role męską (Jean-Pierre Bacri) i żeńską (Agnès Jaoui), montaż (Hervé de Luze) i dźwięk (Pierre Lenoir, Jean-Pierre Laforce i Michel Klochendler)), w 2006Srebrnego Lwa, a w 2007nagrodę Prix FIPRESCI za reżyserię filmuPrywatne lęki w miejscach publicznych (grająca w filmieLaura Morante otrzymała na festiwalu w Wenecji nagrodę Pasinettiego). Ponadto otrzymał Nagrodę Specjalną na62. MFF w Cannes w 2009 orazNagrodę im. Alfreda Bauera za innowacyjność na64. MFF w Berlinie w 2014. Na tym ostatnim festiwalu premierę miał jego ostatni filmŻycie Rileya.
