V Římě absolvoval Experimentální centrum kinematografie ("Centro sperimentale di cinematografia"). Kariéru začínal v 50. letech jako dramatik a asistent Domenica Paolellaa; zkušenosti nabíral při tvorbě tzv. "sandálových filmů" (námětově čerpaly z Bible nebo antiky), které byly v té době na vrcholu popularity. Po rychlém opadnutí zájmu o tento žánr natočil pár špionážních a dobrodružných snímků (některé pod pseudonymem Simon Sterling, scénáře psal i jako Roger Higgins III), aby se stal jedním z průkopníků žánru tzv. "spaghetti westernu".
Ačkoli režíroval pouze tři westerny a nedosáhl takové popularity jako druzí dva Sergiové (S.Leone a S.Corbucci), počítají se dnes tyto tři filmy ke špičce žánru. Jeho westerny byly také považovány za "politické", se skrytými odkazy na revoluční boje třetího světa a osobnost Che Guevary, kterým byla inspirována postava Cuchilla. V roce 1970 Sollima opět obrátil kormidlo a režíroval Charlese Bronsona a Tellyho Savalase v thrilleru CITTÀ VIOLENTA (1970, Město násilí), což byla jedna z prvních násilnických a svižných italských kriminálek známých jako "poliziotteschi".
Do posledně jmenovaného žánru patří také REVOLVER (1973) s Oliverem Reedem a Fabiem Testim. Za zmínku stojí opakovaná spolupráce s legendou filmové hudby, Ennio Morriconem. Od 70. let se s úspěchem věnoval televizní tvorbě inspirované literárními díly Emilia Salgariho: pamětníci vzpomenou na i v tehdejším Československu veleúspěšný seriál "Sandokan" (1976) s Kabirem Bedim. Sollimův syn Stefano (1966) se rovněž vydal na režisérskou dráhu.