Après la Seconde Guerre mondiale, Pierre Granier-Deferre rencontre le réalisateur Roger Leenhardt qui lui permet d'être stagiaire sur le tournage des Dernières Vacances (1947). Il multiplie les expériences d'assistant en travaillant pour les réalisateurs Denys de la Patellière, André Berthomieu, Marcel Carné. En 1959, Frédéric Dard l'engage comme conseiller technique pour son premier film, Une gueule comme la mienne.
En 1959, Pierre Granier-Deferre signe son premier film, Mensonges, un moyen métrage sur l'adolescence. C'est en 1961 qu'il réalise son premier grand film, Le Petit garçon de l'ascenseur, qui remporte un succès d'estime. En 1965, il travaille avec Michel Audiard sur l'adaptation d'un roman d'Alphonse Boudard, La Métamorphose des cloportes. Il réalise la même année Paris au mois d'août, d'après l'oeuvre de René Fallet. Pierre Granier-Deferre n'appartient à aucune école. Son style, classique, lui assure la reconnaissance du public. Ses sujets originaux ayant toujours été refusés par les producteurs, il se spécialise dans l'adaptation de nombreux romans dans lesquelles il glisse des éléments personnels. Attiré par le thème du déclin, il met souvent en scène des personnages en proie à une crise intérieure et donne toujours à ses films une dimension nostalgique.
En 1970, il signe Le Chat, première adaptation d'un roman de Georges Simenon. L'association de Jean Gabin et de Simone Signoret porte le film, c'est un succès. Granier-Deferre devient le spécialiste des adaptations de l'oeuvre de Simenon. Il met en scène l'année suivante La Veuve Couderc, où Simone Signoret partage l'affiche avec Alain Delon. Le film est plébiscité par le public et la critique. Le Fils (1972) clôt ce que le réalisateur appelle sa " trilogie du regret ". Il réalise Le Train (1973), L'Etoile du Nord (1981) et Le Petit garçon (1993), adapté d'un roman de Philippe Labro. Par-delà les histoires qu'il met en scène, adaptées souvent de romans, notamment Simenon qu'il adorait, Granier-Deferre s'intéressait avant tout à l'affrontement psychologique des personnages, l'ambiguïté des comportements.
Passionné de Simenon, il a adapté et réalisé plusieurs Maigret pour la télévision. Il est membre de l'Académie des Beaux-Arts, section cinéma. ,
Courts métrages 1959 | Mensonges | Pierre Granier-Deferre |
| 1964 | Un amour de guerre | Pierre Granier-Deferre |
| 1950 | Terreur en Oklahoma | André Heinrich, Paul Paviot |
| 1957 | Mam'zelle Souris | Paul Paviot |
Longs métrages| 1961 | Petit garçon de l'ascenseur (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1963 | Confession de minuit = Les Aventures de Salavin (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1965 | Métamorphose des cloportes (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1965 | Paris au mois d'août | Pierre Granier-Deferre |
| 1967 | Grand dadais (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1969 | Horse (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1970 | Chat (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1971 | Veuve Couderc (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1972 | Fils (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1973 | Race des seigneurs (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1973 | Train (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1974 | Cage (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1975 | Adieu poulet | Pierre Granier-Deferre |
| 1976 | Une femme à sa fenêtre | Pierre Granier-Deferre |
| 1979 | Toubib (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1981 | Etoile du Nord (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1981 | Une étrange affaire | Pierre Granier-Deferre |
| 1983 | Ami de Vincent (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1985 | Homme aux yeux d'argent (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1986 | Cours privé | Pierre Granier-Deferre |
| 1987 | Noyade interdite | Pierre Granier-Deferre |
| 1988 | Couleur du vent (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1989 | Autrichienne (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1991 | Archipel | Pierre Granier-Deferre |
| 1991 | Voix (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1993 | Petit garçon (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1950 | Roi des camelots (Le) | André Berthomieu |
| 1950 | Sans laisser d'adresse | Jean-Paul Le Chanois |
| 1951 | Agence matrimoniale | Jean-Paul Le Chanois |
| 1951 | Chacun son tour | André Berthomieu |
| 1951 | Nuit est mon royaume (La) | Georges Lacombe |
| 1952 | Allo, je t'aime | André Berthomieu |
| 1952 | Belle mentalité | André Berthomieu |
| 1952 | Elle et moi | Guy Lefranc |
| 1953 | Oeil en coulisse (L') | André Berthomieu |
| 1953 | Portrait de son père (Le) | André Berthomieu |
| 1953 | Village magique (Le) | Jean-Paul Le Chanois |
| 1954 | Air de Paris (L') | Marcel Carné |
| 1954 | Evadés (Les) | Jean-Paul Le Chanois |
| 1954 | Papa, maman, la bonne et moi | Jean-Paul Le Chanois |
| 1956 | Cas du docteur Laurent (Le) | Jean-Paul Le Chanois |
| 1956 | Crime et châtiment | Georges Lampin |
| 1957 | A pied, à cheval et en voiture | Maurice Delbez |
| 1958 | En légitime défense | André Berthomieu |
| 1958 | Et ta soeur | Maurice Delbez |
| 1958 | Fauve est lâché (Le) | Maurice Labro |
| 1958 | Grandes familles (Les) | Denys de La Patellière |
| 1959 | Rue des Prairies | Denys de La Patellière |
| 1959 | Yeux de l'amour (Les) | Denys de La Patellière |
| 1960 | Ours (L') | Edmond Séchan |
| 1969 | Horse (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1970 | Chat (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1971 | Veuve Couderc (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1972 | Fils (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1973 | Race des seigneurs (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1973 | Train (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1974 | Cage (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1979 | Toubib (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1981 | Etoile du Nord (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1981 | Une étrange affaire | Pierre Granier-Deferre |
| 1983 | Ami de Vincent (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1985 | Homme aux yeux d'argent (L') | Pierre Granier-Deferre |
| 1986 | Cours privé | Pierre Granier-Deferre |
| 1987 | Noyade interdite | Pierre Granier-Deferre |
| 1988 | Couleur du vent (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1991 | Archipel | Pierre Granier-Deferre |
| 1991 | Voix (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1993 | Petit garçon (Le) | Pierre Granier-Deferre |
| 1973 | Race des seigneurs (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1959 | Une gueule comme la mienne | Frédéric Dard |