Après une brève apparition dans La Tour, prends garde (Georges Lampin, 1957), Jean-Pierre Léaud fait son grand début cinématographique à l'âge de treize ans : il interprète Antoine Doinel, héros turbulent du film autobiographique de Truffaut, Les Quatre cents coups (1958). Le film est un triomphe au Festival de Cannes en 1959 et marque le lancement de la carrière du cinéaste comme celle du jeune acteur. Truffaut et son protégé sont inséparables, et n'auront de cesse de collaborer sur les projets du réalisateur. Léaud réincarne le personnage d'Antoine Doinel à plusieurs reprises, sorte de double à l'écran de Truffaut, dans L'Amour à vingt ans (1961), jeune homme mélancolique aux côtés de Marie-France Pisier, puis dans Baisers volés (1968), Domicile conjugal (1970) et L'Amour en fuite (1978). Les quatre films évoquent la vie du personnage à différentes époques. Léaud se compose un ton de voix si caractéristique, entre détachement et ironie, qui ne le quittera pas.
Il devient une des figures incontournables de la Nouvelle Vague ; Godard se prend d'affection pour lui et le dirige entre autres dans Masculin féminin (1965), Made in U.S.A. (1966) ou La Chinoise (1967). Les personnages incarnés par l'acteur sont ancrés dans leur époque. Léaud se tourne au même moment vers le militantisme de gauche et défend vigoureusement Langlois lors de " l'affaire de la Cinémathèque " en 1968.
Pendant les années soixante-dix, l'acteur joue de grands rôles romantiques, empreints de poésie et de violence contenue, à son image, comme celui d'Alphonse dans Les deux Anglaises et le continent (Truffaut, 1971). En 1972 Jean Eustache lui offre le rôle titre de La Maman et la putain, l'un des films emblèmes de la Nouvelle Vague ; mais le film est un échec en salles. Jean-Pierre Léaud choisit des rôles et des tournages marginaux avec des metteurs en scènes réputés difficiles, donnant sa confiance à un cinéma d'auteur exigeant, confidentiel, voire hermétique. Il sait être à la fois obscur, rêveur, évanescent et désabusé.
Mais avec la fin de la Nouvelle Vague et la mort de Truffaut en 1984, Jean-Pierre Léaud traverse une période difficile. La critique lui reproche de n'être que sa propre caricature, de parler faux et de ne faire que des choix d'" intello ", peu accessibles au grand public. Il tourne plus d'un film par an au cours des années 1980. Godard, Raul Ruiz, Benoît Jacquot, Catherine Breillat, Agnès Varda, Pierre Garnier Deferre le dirigent.
Jean-Pierre Léaud renoue avec le succès en 1990 avec le film J'ai engagé un tueur dans lequel Aki Kaurismäki lui donne le premier rôle : celui d'un homme désespéré qui ne parvient pas à se suicider, et qu'une histoire d'amour ressuscite.
L'acteur choisit ensuite de jeunes réalisateurs, héritiers de la Nouvelle Vague, qui marquent le renouveau de sa carrière. Olivier Assayas le dirige en père désespéré dans Paris s'éveille (1991), et en cinéaste maudit dans Irma Vep (1996). Lucas Belvaux lui donne un beau rôle comique de mari trompé et désopilant dans Pour rire ! (1996).
Les années 2000 lui offrent certes moins de rôles, mais consistants tout de même, comme dans Le Pornographe (Bertrand Bonello, 2000) ou J'ai vu tuer Ben Barka (Serge Le Peron, 2005).
La personnalité complexe de Jean-Pierre Léaud en fait une des figures les plus atypiques du paysage cinématographique français.
Jean-Pierre Léaud tourne dans de nombreux téléfilms, dont L'Herbe rouge (1984) de Pierre Kast et Grandeur et décadence d'un petit commerce de cinéma (1986) de Jean-Luc Godard.
En 2009, on le voit dans L'homme aux cercles bleus (Josée Dayan), adapté d'un roman de Fred Vargas.
Courts métrages 2004 | Léaud de Hurle-dents | Jacques Richard |
| 1961 | Amour à vingt ans : Antoine et Colette (L') | François Truffaut |
| 1966 | Mauvaises fréquentations : Le Père Noël a les yeux bleus (Les) | Jean Eustache |
| 1981 | Vera | Jean-Yves Seban |
| 1987 | Ministères de l'art (Les) | Philippe Garrel |
| 2004 | Léaud de Hurle-dents | Jacques Richard |
Longs métrages| 1964 | Mata Hari, agent H 21 | Jean-Louis Richard |
| 1964 | Une femme mariée | Jean-Luc Godard |
| 1965 | Pierrot le fou | Jean-Luc Godard |
| 1966 | Made in U.S.A. | Jean-Luc Godard |
| 1957 | La Tour, prends garde | Georges Lampin |
| 1958 | Quatre cents coups (Les) | François Truffaut |
| 1959 | Testament d'Orphée ou Ne me demandez pas pourquoi (Le) | Jean Cocteau |
| 1960 | Boulevard | Julien Duvivier |
| 1963 | Amour à la mer (L') | Guy Gilles |
| 1964 | Mata Hari, agent H 21 | Jean-Louis Richard |
| 1965 | Masculin féminin | Jean-Luc Godard |
| 1965 | Pierrot le fou | Jean-Luc Godard |
| 1966 | Made in U.S.A. | Jean-Luc Godard |
| 1966 | Plus vieux métier du monde : Anticipation ou l'amour en l'an 2000 (Le) | Jean-Luc Godard |
| 1967 | Chinoise (La) | Jean-Luc Godard |
| 1967 | Départ (Le) | Jerzy Skolimowski |
| 1967 | Gai savoir (Le) | Jean-Luc Godard |
| 1967 | Week-end | Jean-Luc Godard |
| 1968 | Baisers volés | François Truffaut |
| 1968 | Concentration (La) | Philippe Garrel |
| 1968 | Dialog 20-40-60 | Jerzy Skolimowski |
| 1968 | Paul | Diourka Medveczky |
| 1968 | Porcile Porcherie | Pier Paolo Pasolini |
| 1969 | Herdeiros (Os) Les Héritiers | Carlos Diegues |
| 1969 | Leone have sept cabeças (Der) Le Lion à sept têtes | Glauber Rocha |
| 1970 | Domicile conjugal | François Truffaut |
| 1970 | Out 1 : Noli me tangere | Jacques Rivette |
| 1970 | Out 1 : Spectre | Jacques Rivette, Suzanne Schiffman |
| 1970 | Une aventure de Billy le Kid | Luc Moullet |
| 1971 | Deux Anglaises et le continent (Les) | François Truffaut |
| 1972 | Maman et la putain (La) | Jean Eustache |
| 1972 | Nuit américaine (La) | François Truffaut |
| 1972 | Ultimo tango a Parigi Le Dernier tango à Paris | Bernardo Bertolucci |
| 1974 | Lolos de Lola (Les) | Bernard Dubois |
| 1975 | Umarmungen und andere Sachen | Jochen Richter |
| 1978 | Amour en fuite (L') | François Truffaut |
| 1980 | Parano | Bernard Dubois |
| 1981 | Aiutami a sognare | Pupi Avati |
| 1982 | Cassure (La) | Ramón Muñoz |
| 1982 | Rebelote | Jacques Richard |
| 1984 | Csak egy mozi | Pál Sándor |
| 1984 | Détective | Jean-Luc Godard |
| 1984 | Paris vu par 20 ans après : Rue Fontaine | Philippe Garrel |
| 1985 | Grandeur et décadence d'un petit commerce de cinéma | Jean-Luc Godard |
| 1985 | Ile au trésor (L') | Raoul Ruiz |
| 1986 | Corps et biens | Benoît Jacquot |
| 1986 | Fall Boran = Boran, Zeit zum zielen (Der) | Daniel Zuta |
| 1986 | Ossegg oder die Wahrheit über Hänsel und Gretel | Thees Klahn |
| 1987 | 36 fillette | Catherine Breillat |
| 1987 | Jane B. par Agnès V. | Agnès Varda |
| 1987 | Keufs (Les) | Josiane Balasko |
| 1988 | Bunker palace hôtel | Enki Bilal |
| 1988 | Couleur du vent (La) | Pierre Granier-Deferre |
| 1990 | I hired a contract killer J'ai engagé un tueur | Aki Kaurismäki |
| 1991 | Paris s'éveille | Olivier Assayas |
| 1991 | Vie de bohème (La) | Aki Kaurismäki |
| 1992 | Evanouie (L') | Jacqueline Veuve |
| 1993 | Naissance de l'amour (La) | Philippe Garrel |
| 1993 | Personne ne m'aime | Marion Vernoux |
| 1994 | Cent et une nuits (Les) | Agnès Varda |
| 1995 | Journal du séducteur (Le) | Danièle Dubroux |
| 1995 | Mon homme | Bertrand Blier |
| 1996 | Irma Vep | Olivier Assayas |
| 1996 | Pour rire ! | Lucas Belvaux |
| 1997 | Elizabeth | Shekhar Kapur |
| 1998 | Innocent | Costa Natsis |
| 1999 | Affaire Marcorelle (L') | Serge Le Péron |
| 1999 | Une affaire de goût | Bernard Rapp |
| 2000 | Ni neibian jidian Et là-bas, quelle heure est-il ? | Ming-liang Tsai |
| 2000 | Pornographe (Le) | Bertrand Bonello |
| 2001 | Guerre à Paris (La) | Yolande Zauberman |
| 2001 | Léaud l'unique | Serge Le Péron |
| 2002 | Dreamers (The) Innocents | Bernardo Bertolucci |
| 2003 | Folle embellie | Dominique Cabrera |
| 2005 | J'ai vu tuer Ben Barka | Serge Le Péron |
| 2008 | Visage | Ming-liang Tsai |
| 2010 | Le Havre | Aki Kaurismäki |
| 2011 | Camille redouble | Noémie Lvovsky |
| 2015 | M | Sara Forestier |
| 2015 | Mort de Louis XIV (La) | Albert Serra |
| 2016 | Lion est mort ce soir (Le) | Nobuhiro Suwa |
| 2017 | Alien Crystal Palace | Arielle Dombasle |
| 2017 | Isle of Dogs L'Ile aux chiens | Wes Anderson |
| 2018 | C'è tempo | Walter Veltroni |