Jako svůj režisérský debut si vybral na Oscara nominovaný animovaný film Příběh žraloka, ke kterému napsal i scénář. Dále režíroval a spolupracoval na scénáři k filmu Monstra vs. Vetřelci, což byl první 3D film studia DreamWorks. Letterman natočil krátký film Los Gringos, který byl v roce 2000 promítán na festivalu v Sundance.