Paris'te sinema eğitimi alan Schlöndorff, yönetmenler Louis Malle, Alain Resnais ve Jean-Pierre Melville'in asistanlığını yaptı. 1960'ların başında Fransız televizyonu için birkaç proje yönettikten sonra Batı Almanya'ya döndü ve gelişmekte olan Junger Deutscher (Genç Alman) film hareketine katıldı. Robert Musil'in Die Verwirrungen des Zöglings Törless adlı romanından uyarladığı ilk uzun metrajlı filmi Der junge Törless (1966; Genç Törless) kısa sürede tanınmasını sağladı. Acımasız bir Alman askeri akademisindeki hassas bir çocuğu konu alan bu çalışma, Schlöndorff'u daha kendine özgü çağdaşları Werner Herzog ve Rainer Werner Fassbinder'den ayıracak olan soğukkanlı, yalın yönetmenlik tarzını sergiliyordu. Schlöndorff, De junge Törless'in senaryosunu yazdı ve birçok filminin senaryosuna katkıda bulundu.
Schlöndorff, kısa bir süre oldukça kötü karşılanan çabalarının ardından kendi film şirketini kurdu ve ilk yapımı Fassbinder'in başrolünü oynadığı Baal (1970), Bertolt Brecht oyununun bir uyarlamasıydı. Ertesi yıl Schlöndorff, filmde rol alan ve 1970'lerin ortalarına kadar profesyonel olarak birlikte çalıştığı ve daha sonra kendi filmlerini de yöneten Margarethe von Trotta ile evlendi. Ortak çalışmaları arasında Heinrich Böll'ün romanından uyarlanan Die verlorene Ehre der Katharina Blum (1975; Katharina Blum'un Kayıp Onuru) dikkat çekicidir.
1970'lerin sonundan itibaren eşinden bağımsız olarak çalışan Schlöndorff, Günter Grass'ın romanından uyarladığı Die Blechtrommel (1979; Teneke Trampet) ile Cannes film festivalinde Altın Palmiye ve en iyi yabancı film dalında Akademi Ödülü kazanarak Avrupa ve Amerika Birleşik Devletleri'nde eleştirel ve ticari başarı elde etti. Filmin epizodik yapısı ve dışavurumcu üslubu Schlöndorff'un daha önceki çalışmalarından ayrıldığını gösteriyordu. Schlöndorff'un diğer çalışmaları arasında savaşın harap ettiği Beyrut'ta çekilen Die Fälschung (1981; Aldatma Çemberi) filmi; Arthur Miller'ın Satıcının Ölümü (1985) adlı eserinin başrolünde Dustin Hoffman'ın oynadığı televizyon yapımı ve Marcel Proust (Swann in Love, 1984) ve Margaret Atwood'un (The Handmaid's Tale, 1990) beğenilen roman uyarlamaları yer alıyordu.
Schlöndorff'un sonraki filmlerinden ikisi Nazi egemenliğindeki Almanya'nın anılarını çağrıştırır: Der Unhold (1996; The Ogre), genç erkekleri gelecekte devlet hizmeti için eğitmekle görevlendirilen bir Nazi savaş esiriyle ilgilidir ve Der neunte Tag (2004; The Ninth Day), bir rahibin Nazi toplama kampında geçirdiği zamanın tüyler ürpertici öyküsüdür. Schlöndorff'un sonraki filmleri arasında Polonya'daki Solidarity sendikasının kurucularından birini konu alan Strajk (2006; Grev) ve romantik drama Return to Montauk (2017) yer alıyor.