Troell, İsveç'in Malmö kentinin dışındaki Limhamn'da doğdu. Birkaç yıl ilkokul öğretmeni olarak çalıştı ancak altmışlı yıllarda kısa filmler çekmeye başladı. 1965 yılında 4x4 filminin ortak yapımcılığını üstlendi ve 4. Moskova Uluslararası Film Festivali'ne girdi. Widerberg'in görüntü yönetmeni oldu ancak kısa süre sonra, 20. yüzyılın başında geçen, İsveç'teki işçi sınıfından bir oğlan çocuğunu konu alan ilk uzun metrajlı filmi Here's Your Life (Här har du ditt liv, 1966) ile ilk kez sahneye çıktı. Film, Eyvind Johnson'ın otobiyografik romanından uyarlandı. Filmle 4. Guldbagge Ödülleri'nde En İyi Yönetmen dalında Guldbagge Ödülü'nü kazandı. Bir sonraki filmi Onun Öldüğünü Kim Gördü? (Ole dole doff, 1968) 18. Berlin Uluslararası Film Festivali'nde Altın Ayı ödülünü kazandı.

Troell'in 1970'lerdeki en önemli eseri Göçmenler (Utvandrarna, 1971) ve onun devamı olan Yeni Ülke (Nybyggarna, 1972) oldu; bu iki epik film, 19. yüzyılda İsveç'in çorak kırsalından Amerika'ya göç eden bazı köylüleri konu alıyordu. Troell filmleri bir kez daha İsveçli işçi sınıfından bir yazarın romanlarına, bu örnekte Vilhelm Moberg'in ünlü Göçmenler süitine dayanıyordu. Troell'in birçok filminde olduğu gibi Max von Sydow önemli rollerden birini oynuyor. Göçmenler birçok Akademi Ödülüne aday gösterildi.

Hollywood'da, Gene Hackman'ın başrol oynadığı Zandy's Bride (1974) ve Hurricane (1979) filmleriyle sonuçlanan kısa ve başarısız bir ikametin ardından Troell, Flight of the Eagle (Ingenjör Andrées luftfärd, 1982) filmini yaptı. S. A. Andrée'nin 1897'deki felaketle sonuçlanan Arktik balon seferini konu alan bir film. Kartalın Uçuşu Akademi Ödülleri'ne (yabancı dilde film) aday gösterildi.

Il Capitano: Bir İsveç Requiem'inin (Il Capitano, 1991) vizyona girmesi, filmin gerçek bir hikayeye dayanması nedeniyle tartışmalı hale geldi; sadece birkaç yıl önce İsveçli bir ailenin vahşice öldürülmesi (bkz. Juha Valjakkala). Ancak suçun şiddetinden ziyade katil ile kız arkadaşı arasındaki psikolojik güç oyununa odaklanılıyor. 42. Berlin Uluslararası Film Festivali'nde En İyi Yönetmen dalında Gümüş Ayı ödülüne layık görüldü. Ayrıca 27. Guldbagge Ödülleri'nde En İyi Film ödülünü de kazandı.

Troell aynı zamanda modern toplumun doğaya yabancılaşmasını konu alan Düşler Ülkesi (Sagolandet, 1988) ve Andrée'nin kutup keşif gezisini bir kez daha gündeme getirdiği A Frozen Dröm (En frusen dröm, 1997) gibi belgeseller de çekti. Troell, Sight & Sound tarafından yapılan kapsamlı bir ankete katıldı ve en sevdiği filmlerin Pamuk Prenses ve Yedi Cüceler, Hugo, Modern Zamanlar, Kurt Saati, Avcının Gecesi ve Bazıları Sıcak Sever olduğunu açıkladı.

Troell, yaşına rağmen (şu anda 80'li yaşlarında) üretkenliğini korudu. Son dönemdeki filmleri arasında İsveçli havacı Elsa Andersson'un hayatına dayanan Kardaki Gibi Beyaz (Så vit som en snö, 2001); Presence (Närvarande, 2003) adlı bir belgesel; 20. yüzyılda işçi sınıfı fotoğrafçısı Maria Larsson'un hayatına dayanan Sonsuz Anlar (Maria Larssons eviga ögonblick, 2008); ve son filmi, İsveçli gazeteci Torgny Segerstedt hakkında biyografik bir film olan Son Cümle (Dom över död man). Son Cümle'nin prömiyeri Kasım 2012'de Stockholm Uluslararası Film Festivali'nde yapıldı. Aynı festivalde Troell Yaşam Boyu Başarı Ödülü'ne layık görüldü.