Claude Lelouch nedokončil vysokoškolská studia a začal pracovat jako novinář; v Sovětském svazu natáčel dokumentární film o tamním životě a film se stal jeho celoživotní láskou. V roce 1960 založil vlastní produkční společnost Les Films 13 a začal točit celovečerní filmy. Jeho režijním debutem byla romance LE PROPRE DE L'HOMME (1961), která však byla vypískána diváky a odsouzena kritikou. Další filmy postupně Lelouchovi získávaly pozornost, financované byly z příjmů z reklam, které Lelouch točil. První výraznější úspěch zaznamenal s filmem UNE FILLE ET DES FUSILS (1964), který získal několik ocenění.
Fenomenální úspěch filmu Muž a žena vedl pochopitelně k tomu, že Lelouch se stal jedním z nesledovanějších filmařů nejen ve Francii, svému jménu však dostál a nadále točil kvalitní filmy. Z konce šedesátých let nutno zmínit ŽÍT A UŽÍT (Vivre pour vivre, 1967) s Yvesem Montandem a Annie Girardot, který byl oceněn Zlatým glóbem a ve Francii získal Velkou cenu Cinéma Français. Úspěšný byl také dokument 13 JOURS EN FRANCE (1968) natočený na olympijských hrách v Grenoble a uvedený na festivalu v Cannes. V Lelouchově filmografii se krátce nato objevila jména dalších hvězd francouzského filmu – Jean-Paul Belmondo a Annie Girardot hráli hlavní role v romantické komedii MUŽ, KTERÝ SE MI LÍBÍ (Un homme qui me plaît, 1969). Na několika dalších filmech z konce 60. let se Lelouch podílel jako producent. Drama ŽIVOT, LÁSKA A SMRT (La Vie, l'Amour et la Mort, 1970) znamenalo ocenění na festivalu v Rio de Janeiro pro hlavní představitelku Amidou, která hrála již v Lelouchových počátečních filmech. Na dalším filmu LE VOYOU (1970) se Lelouch opět podílel i jako kameraman (v hlavní roli znovu J. L. Trintignant) a tento snímek získal ocenění v Paříži a Římě.
Z Lelouchova uměleckého směřování mírně vybočuje film DOBRODRUŽSTVÍ JE DOBRODRUŽSTVÍ (L'aventure c'est l'aventure), nicméně i tato komedie s podtextem politické satiry byla mimořádně úspěšná (v řadě Lelouchových filmů na druhém místě co se komerčního úspěchu týče) a byla uvedena také na festivalu v Cannes. Lino Ventura a Françoise Fabian si pak odnesli ceny za herecký výkon v komedii LA BONNE ANÉE (1973) z festivalu v San Remu. Velkorysé vícegenerační drama CELÝ JEDEN ŽIVOT (Toute une vie, 1974) trpělo příliš dlouhou metráží (v původní verzi 150 minut), složitým příběhem a také mírně nepřehledným hereckým obsazením, kdy dva hlavní protagonisté vystupovali v trojrolích. Nicméně film byl nominován na Zlatý glóbus a také na Oscara za scénář (autorem byl opět sám Lelouch). Kriminální komedie LE CHAT ET LE SOURIS (1975) byla ohodnocena Velkou cenou Francouzské akademie. O rok později pak Lelouch vytvořil další nadčasový snímek, DOBRÁK A ZLÍ LIDÉ (Le bon et le méchants, 1976), který je zajímavou retrokomedií využívající paradoxně zastaralé filmařské postupy. Z téhož roku je pak také drama ZAČÍT ZNOVU (Si c'était à refaire, 1976) s Catherine Deneuve v hlavní roli. Tyto dva filmy sice minuly festivalové vavříny, na druhou stranu patří k divácky nejúspěšnějším filmům Lelouchovy kariéry. Za svou roli v komedii ROBERT A ROBERT (Robert et Robert, 1978) získal Jacques Villeret francouzského Cézara. Catherine Deneuve pak znovu zazářila v kriminálním dramatu ÚTĚK DO BEZPEČÍ (À nous deux, 1979), který vznikl ve francouzsko-kanadské koprodukci; tento film byl uveden na festivalu v Cannes.
V roce 1981 pak Lelouch natočil další velkolepý epos JEDEN A DRUZÍ (Les uns et les autres), jehož dějově těžko uchopitelnému příběhu dominuje hudba a řada vedlejších motivů. Velmi úspěšný, i když těžko stravitelný byl film AŤ ŽIJE ŽIVOT (Viva la vie!, 1984), který se pohyboval na hranici několika žánrů (uveden byl na festivalu v Benátkách). S velkým očekáváním přišel v roce 1986 do kin film MUŽ A ŽENA PO DVACETI LETECH (Un homme et une femme: vingt ans déjá), o kterém při vší úctě platí úsloví „nevstoupíš dvakrát do stejné řeky“. Divácký úspěch pak sklidil film CESTA ZHÝČKANÉHO DÍTĚTE (Itinéraire d'un enfant gâte, 1988), za nějž Jean-Paul Belmondo získal francouzského Cézara. Z dalších Lelouchových filmů stojí za zmínku Tout ça... pour ça (1993), za nějž Fabrice Luchini získal Cézara a film byl oceněn také na mezinárodním festivalu v Montrealu. K tématu druhé světové války se pak Lelouch vrátil znovu s filmem BÍDNÍCI 20. STOLETÍ (Les Misérables, 1995). V tomto dramatu zazářil Jean-Paul Belmondo, zatímco Annie Girardot si odnesla Cézara, v USA byl pak film oceněn Zlatým glóbem. Na festivalu v Benátkách byl pak oceněn film HOMMES, FEMMES, MODE D'EMPLOI (1996). V poslední době zájem o Lelouchovu tvorbu klesá, což dokládá například rozpačité přijetí jeho zatím posledního filmu ODVAHA MILOVAT (Le courage d'aimer, 2005).