A revista italiana de humor "Marc Aurélio", em Florença, publicou as primeiras caricaturas assinadas por Federico Fellini, que, a partir de 1939, fez também pequenos roteiros e piadas para comediantes. Mas seu primeiro grande trabalho, em 1945, foi escrever parte do roteiro de "Roma, Cidade Aberta", do cienasta Roberto Rossellini, filme considerado o manifesto do cinema neo-realista. Fellini participou também do filme seguinte de Rossellini, "Paisà" (1946), como co-roteirista e assistente de direção.

Esse foi o início de sua carreira no cinema, como co-roteirista e colaborador também dos diretores Alberto Lattuada e Pietro Germi. Sua estréia como co-diretor foi ao lado de Lattuada, em "Mulheres e Luzes" (1950). Em seguida, fez seu primeiro filme, "Abismo de um Sonho" (1951), no qual a influência do realismo já começa a ser substituída pelo clima de sonho que caracterizou sua obra.

Apesar do início como roteirista, Fellini dizia ser uma pena passar por palavras o que deveria saltar de sua imaginação para o filme. Por isso, gostava de improvisar, de atores não profissionais e de evitar a rotina de trabalho. Como Dario Fo, muitas vezes ele também desenhava as suas cenas antes de escrevê-las.

O primeiro filme polêmico tanto entre católicos quanto comunistas foi o sucesso "Na Estrada da Vida" (1954), com sua mulher, a atriz Giulieta Masina, Anthony Quinn e Richard Basehart. A obra lhe rendeu o primeiro Oscar de filme estrangeiro. A segunda estatueta foi por "As Noites de Cabíria" (1957), e o terceiro por "Oito e Meio" (1963).

Mas nada o preparou para o sucesso e o escândalo de "A Doce Vida" (1959). O diário oficial da Igreja Católica, L'Osservatore Romano, clamou: "Basta!". Porém, o filme deu a Fellini a Palma de Ouro em Cannes, em 1960. Além de criticar a ligação entre o estado e o catolicismo, a obra ficou famosa pelo desempenho de colaboradores de Fellini: o compositor Nino Rota, e os atores Marcello Mastroianni e Anita Ekberg - a cena do banho na Fontana di Trevi em Roma é um dos ícones do cinema ocidental.

Poucos autores tiveram um estilo tão característico. Tanto que, por motivos mercadológicos, seu nome foi colocado no título de filmes como "Fellini Satyricon" (1969), "Roma de Fellini" (1972) e "Casanova de Fellini" (1976). O diretor nunca negou ter feito filmes autobiográficos, mas "Amarcord" (Eu me recordo, em dialeto), de 1973, é o que mais claramente resultou como uma mistura de sonhos e lembranças.

Em o Ensaio de Orquestra (1979), o cineasta fez uma auto-análise como diretor de pessoas e ao mesmo tempo reflete sobre a união das várias províncias italianas, num momento em que o Norte da Itália falava em separar-se do Sul. Seus últimos filmes se tornaram cada vez oníricos: "Cidade das Mulheres" (1980), "E la Nave Va" (1983), "Ginger e Fred" (1985) e "A Voz da Lua" (1990).