Steve McQueen s'inscrit en 1950 au cours d'art dramatique de Sarsford Meisner puis rejoint le cours d'Herbert Berghof et d'Utta Bagen. Après un premier essai au théâtre dans Peg O'My heart, il signe son premier contrat dans A hatfull of Rai où il remplace Ben Gazzara.
Les premières apparitions à l'écran de Steve McQueen datent de 1956, dans Somebody up there likes me de Robert Wise et dans Beyond a reasonable doubt de Fritz Lang. Pour être reconnu, l'acteur doit attendre John Sturges qui lui offre ses premiers grands rôles dans Never so few (la Proie des vautours, 1959), un film de guerre, puis dans The magnificent seven (les Sept Mercenaires, 1960), un des plus grands westerns de l'histoire du cinéma. Il interprète ensuite son premier rôle principal dans la comédie The honey moon machine (Branle-bas au casino, 1961) avant d'être consacré par John Sturges dans The great escape (la Grande Evasion, 1963). S'illustrant dans des films d'action où les prouesses physiques prévalent, Steve McQueen sait aussi choisir des rôles plus nuancés. Ainsi Love with the proper stranger (Une certaine rencontre, 1964) de Robert Mulligan est un film intimiste. Dans Baby the rain must fall (le Sillage de la violence, 1965), film dramatique du même Mulligan, Steve McQueen interprète un garçon violent et perturbé. On le retrouve en joueur de poker dans The Cincinnati kid (le Kid de Cincinnati, 1965), en marin perdu dans The sand pebbles (la Canonnière du Yang Tsé, 1966) ou encore en banquier dans The Thomas Crown affair (l'Affaire Thomas Crown, 1968). Il renoue avec les films d'action avec Bullit (1968), course poursuite en automobile. Il récidive avec les courses automobiles dans Le Mans en 1970 avant de revenir à des rôles plus recherchés dans Challenge one (1971) ou Junior Bonner (1972). Le cascadeur reprend ses droits, jouant tour à tour les évadés (Papillon, 1973) ou les bons samaritains (la Tour infernale, 1974). Steve McQueen interprète son dernier rôle dans Tom Horn (1979), un cow-boy qui voit sa dernière heure arrivée dans un monde où il sait ne plus avoir sa place, comme l'acteur qui est condamné par la maladie...
Steve McQueen joue dans la série télévisée Au nom de la loi, qui contribue à sa notoriété.
En 1977, il produit et interprète une adaptation de la pièce d'Henrik Ibsen, l'Ennemi du peuple.
Courts métrages 1967 | Think Twentieth | Richard Fleischer |
| 1968 | Bullitt : Steve McQueen's Commitment to Reality Steve McQueen, proche de la réalité | Ronald Saland |
Longs métrages| 1979 | Tom Horn Tom Horn, sa véritable histoire | William Wiard |
| 1977 | An Enemy of the People | George Schaefer |
| 1956 | Somebody up There Likes Me Marqué par la haine | Robert Wise |
| 1957 | Never Love a Stranger | Robert Stevens |
| 1958 | Blob (The) Danger planétaire | Irvin S. Yeaworth Jr. |
| 1959 | Never so Few La Proie des vautours | John Sturges |
| 1960 | Magnificent Seven (The) Les Sept mercenaires | John Sturges |
| 1961 | Hell Is for Heroes L'Enfer est pour les héros | Don Siegel |
| 1961 | Honeymoon Machine (The) Branle-bas au casino | Richard Thorpe |
| 1961 | War Lover (The) L'Homme qui aimait la guerre | Philip Leacock |
| 1962 | Great Escape (The) La Grande évasion | John Sturges |
| 1963 | Baby, the Rain Must Fall Le Sillage de la violence | Robert Mulligan |
| 1963 | Love With the Proper Stranger Une certaine rencontre | Robert Mulligan |
| 1963 | Soldier in the Rain La Dernière bagarre | Ralph Nelson |
| 1964 | Cincinnati Kid (The) Le Kid de Cincinnati | Norman Jewison |
| 1964 | Great Saint-Louis Bank Robbery Hold-up en 120 secondes | John Stix, Charles Guggenheim |
| 1965 | Nevada Smith | Henry Hathaway |
| 1965 | Sand Pebbles (The) La Canonnière du Yang-Tsé | Robert Wise |
| 1967 | Thomas Crown Affair (The) L'Affaire Thomas Crown | Norman Jewison |
| 1968 | Bullitt | Peter Yates |
| 1968 | Reivers (The) | Mark Rydell |
| 1970 | Le Mans | Lee H. Katzin |
| 1971 | Junior Bonner Junior Bonner, le dernier bagarreur | Sam Peckinpah |
| 1971 | On any Sunday Challenge one | Bruce Brown |
| 1972 | Getaway (The) Guet-apens | Sam Peckinpah |
| 1973 | Papillon | Franklin J. Schaffner |
| 1974 | Towering Inferno (The) La Tour infernale | John Guillermin |
| 1977 | An Enemy of the People | George Schaefer |
| 1979 | Tom Horn Tom Horn, sa véritable histoire | William Wiard |
| 1980 | Hunter (The) Le Chasseur | Buzz Kulik |