Cineasta da sempre, Alain Resnais gira il suo primo film nel 1935 all'età di tredici anni, si iscrive al Cours Simon nel 1940, all'Institut des Hautes Études Cinématographiques (IDHEC) nel 1943, e passa al professionismo con Van Gogh nel 1948. Si dedica quindi ai documentari per dieci anni, in particolare con Notte e nebbia, prima rievocazione del genocidio nazista al cinema (Premio Jean Vigo nel 1956).

Appassionato del rapporto testo/immagine, affronta il lungometraggio con un colpo da maestro presentando Hiroshima mon amour (1959), sceneggiato da Marguerite Duras, poi L'anno scorso a Marienbad per la sceneggiatura di Alain Robbe-Grillet (Leone d'oro a Venezia nel 1961). Il suo terzo lungometraggio, Muriel il tempo di un ritorno (1963), ha per sceneggiatore Jean Cayrol, che aveva già scritto il testo di Notte e nebbia.

In seguito, allontanatosi dalle correnti sperimentali, dirige La guerra è finita con Jorge Semprun (1966), Je t'aime, je t'aime - Anatomia di un suicidio con Jacques Sternberg (1968), Stavisky il grande truffatore (1974). Esce quindi il suo primo film in inglese, Providence (1976), che riprende la grande ambizione formale, segue Mio zio d'America (1980), lungometraggio drammatico con il commento del biologo Henri Laborit.

I seguenti film hanno in comune "l'utilizzo della musica nel cinema" (La vita è un romanzo, 1983 ; L'amour à mort, 1984 ; Mélo, 1986 ; Smoking/No Smoking, 1992 ; Parole, parole, parole…, 1997 ; Mai sulla bocca, 2003).

Dopo Cuori (2006) e Gli amori folli (2009), l'ultimo film: Vous n'avez encore rien vu, presentato al Festival di Cannes 2012.