Monica Vitti fait ses débuts de comédienne à l'âge de quinze ans dans la pièce de Niccodemi La Nemica. Elle entre alors à l'Académie nationale d'art dramatique de Rome et débute avec la compagnie d'Orazio Costa.
Monica Vitti apparaît à l'écran en 1955 dans un film d'Eduardo Anton, Ridere, ridere, ridere, et obtient le prix de la meilleure actrice débutante de l'année. Deux ans plus tard, elle rencontre Michelangelo Antonioni sur le doublage du film Il Grio pour la voix de Dorian Gray. Cette rencontre marque profondément sa carrière. En 1960, elle est l'interprète principale du film d'Antonioni, L'Avventura, dans lequel elle joue le rôle de Gloria. Son interprétation lui permet de se hisser au rang des plus grandes actrices de l'époque. L'année suivante, elle joue avec Jeanne Moreau et Marcello Mastroianni dans La Notte pour réapparaître dans les deux oeuvres suivantes d'Antonioni, L'Eclipse (1961) et Le Désert rouge (1963). Ses films suivants, dirigés par d'autres réalisateurs, ne lui procurent pas l'excellence de ses premiers rôles. En 1963, elle tourne dans Dragées au poivre de Jacques Baratier puis dans Château en Suède de Roger Vadim et Les Quatre Vérités d'Alessandro Blasetti. A partir de 1965, Monica Vitti s'oriente vers des rôles comiques. On la voit dans La Ragazza con la pistola (1968) de Mario Monicelli puis dans Nini tarabuscio (1970) de Marcello Fondato. Cette même année, Ettore Scola la dirige dans Dramma della gelosia au côté de Marcello Mastroianni. Ce film, qui met en scène un duo exceptionnel, est un des premiers de la Comédie Italienne. Monica Vitti tourne ensuite dans La Tosca (1973) de Luigi Magni, dans Poussières d'étoiles (1973) d'Alberto Sordi, dans Le Fantôme de la liberté (1974) de Luis Buñuel et dans La Raison d'Etat (1978) d'André Cayatte. Au début des années 1980, elle tourne encore dans quelques films, dont Chambre d'hôtel (1981) de Mario Monicelli.
Comédienne, Monica Vitti joue dans de nombreuses pièces depuis sa première interprétation de La Nemica. On la retrouve interprétant Molière, Machiavel, Ionesco, Shakespeare et Brecht.
Elle s'est également donné un des rôles principaux dans son premier film comme réalisatrice Scandalo secreto (1990)
Courts métrages 1970 | Coppie : Il frigorifero (Le) Drôles de couples : Le Réfrigérateur | Mario Monicelli |
| 1970 | Coppie : Il leone (Le) | Vittorio De Sica |
Longs métrages| 1990 | Scandalo segreto Scandale secret | Monica Vitti |
| 1983 | Flirt | Roberto Russo |
| 1985 | Francesca e' mia | Roberto Russo |
| 1990 | Scandalo segreto Scandale secret | Monica Vitti |
| 1983 | Flirt | Roberto Russo |
| 1985 | Francesca e' mia | Roberto Russo |
| 1954 | Ridere, ridere, ridere ! | Edoardo Anton |
| 1955 | Adriana Lecouvreur | Guido Salvini |
| 1956 | Una pelliccia di visone | Glauco Pellegrini |
| 1959 | Avventura (L') | Michelangelo Antonioni |
| 1960 | Notte (La) Nuit | Michelangelo Antonioni |
| 1961 | Eclisse (L') Eclipse | Michelangelo Antonioni |
| 1962 | Quatre vérités (Les) | Alessandro Blasetti, Hervé Bromberger, René Clair, [etc.] |
| 1962 | Quatre vérités : Le Lièvre et la tortue (Les) | Alessandro Blasetti |
| 1963 | Alta infedeltà : Sospirosa Haute infidélité : Jalousie | Luciano Salce |
| 1963 | Château en Suède | Roger Vadim |
| 1963 | Deserto rosso Le Désert rouge | Michelangelo Antonioni |
| 1963 | Dragées au poivre | Jacques Baratier |
| 1964 | Bambole (Le) Les Poupées | Franco Rossi, Luigi Comencini, Dino Risi, [etc.] |
| 1964 | Bambole : La Minestra (Le) Les Poupées : La Soupe | Franco Rossi |
| 1964 | Disco volante (Il) | Tinto Brass |
| 1965 | Modesty Blaise | Joseph Losey |
| 1966 | Fai in fretta ad uccidermi, ho freddo ! [Tue-moi vite, j'ai froid] | Francesco Maselli |
| 1966 | Fate : Fata Sabina (Le) Les Ogresses : L'ogresse Sabina | Luciano Salce |
| 1967 | Cintura di Castita (La) Ceinture de chasteté | Pasquale Festa Campanile |
| 1967 | Ragazza con la pistola (La) Fille au pistolet | Mario Monicelli |
| 1967 | Ti ho sposato per allegria | Luciano Salce |
| 1968 | Femme écarlate (La) | Jean Valère |
| 1969 | Amore mio aiutami ! | Alberto Sordi |
| 1970 | Coppie (Le) Drôles de couples | Mario Monicelli, Vittorio De Sica, Alberto Sordi |
| 1970 | Dramma della gelosia Drame de la jalousie | Ettore Scola |
| 1970 | Nini Tirabuscio, la donna che invento la mossa Nini Tirebouchon | Marcello Fondato |
| 1970 | Supertestimone (La) Super témoin | Franco Giraldi |
| 1971 | Noi donne siamo fatte cosi Moi, la femme | Dino Risi |
| 1971 | Ordini sono ordini (Gli) Les Ordres sont les ordres | Franco Giraldi |
| 1971 | Pacifista (La) [La Pacifiste] | Miklós Jancsó |
| 1973 | Polvere di stelle | Alberto Sordi |
| 1973 | Teresa la ladra [Teresa la voleuse] | Carlo Di Palma |
| 1973 | Tosca (La) | Luigi Magni |
| 1974 | Fantôme de la liberté (Le) | Luis Buñuel |
| 1975 | A mezzanotte va la ronda del piacere Histoire d'aimer | Marcello Fondato |
| 1975 | Anatra all'arancia (L') Le Canard à l'orange | Luciano Salce |
| 1975 | Qui comencia l'avventura | Carlo Di Palma |
| 1976 | Basta che non si sappia in giro : L'Equivoco | Luigi Comencini |
| 1976 | Basta che non si sappia in giro : macchina d'amore | Nanni Loy |
| 1976 | Mimi Bluette, fiore del mio giardino [Mimi Bluette] | Carlo Di Palma |
| 1977 | Altra metà del cielo (L') | Franco Rossi |
| 1977 | Raison d'état (La) | André Cayatte |
| 1978 | Amori miei [Mes amours] | Steno |
| 1978 | An Almost Perfect Affair | Michael Ritchie |
| 1978 | Letti selvaggi : Una mamma Les Monstresses : La maman | Luigi Zampa |
| 1978 | Per vivere meglio, divertitevi con noi | Flavio Mogherini |
| 1980 | Camera d'albergo Chambre d'hôtel | Mario Monicelli |
| 1980 | Mistero di Oberwald (Il) Le Mystère d'Oberwald | Michelangelo Antonioni |
| 1980 | Non ti conosco piu, amore | Sergio Corbucci |
| 1981 | Tango della gelosia (Il) | Steno |
| 1982 | Io so che tu sai che io so Je sais que tu sais que je sais | Alberto Sordi |
| 1982 | Scusa se è poco | Marco Vicario |
| 1983 | Flirt | Roberto Russo |
| 1985 | Francesca e' mia | Roberto Russo |
| 1990 | Scandalo segreto Scandale secret | Monica Vitti |