Né à Vienne mais élevé en Suisse afin de fuir l'Allemagne nazie, Maximilian Schell débute le théâtre à l'âge de 12 ans et bâtit rapidement sa réputation en tournant dans divers films et séries de langue allemande. Son admiration pour Shakespeare lui permet de se révéler au théâtre dans des rôles comme Richard III et Hamlet.

En 1958, il fait ses débuts à Hollywood en jouant dans Le Bal des maudits au côté de Marlon Brando et Montgomery Clift . Mais c'est avec Jugement à Nuremberg qu'il connaîtra un succès international en recevant l'Oscar du Meilleur Acteur en 1961. Il enchaîne par la suite les projets européens en tournant dans Les Séquestrés d'Altona (1963) de Vittorio De Sica et Topkapi (1964) de Jules Dassin . Passant à son tour derrière la caméra, il réalise Erste Liebe en 1970 qui sera plusieurs fois récompensés.

Retournant à Hollywood, il enchaîne les grosses productions en jouant dans The Man in the Glass Booth de Arthur Hiller qui lui vaudra sa deuxième nomination aux Oscars. En 1973, il écrit, réalise, produit et joue dans The Pedestrian , nominé en tant que meilleur film étranger aux Oscars et gagnant du Golden Globe dans la même catégorie.

Viendront Croix de fer de Sam Peckinpah , Un Pont trop loin de Richard Attenborough et Julia de Fred Zinnemann en 1977. Il tourne dans The Chosen de Jeremy Kagan en 1982. En 1984, son documentaire Marlene sur Marlene Dietrich a été considéré comme étant un chef-d'oeuvre du genre et un superbe hommage.

Il remporte en 1992 le Golden Globe du meilleur acteur pour son interprétation dans le téléfilm Stalin.

Dans les années 90, James Gray le choisit pour interpréter le rôle du père de Tim Roth dans Little Odessa et apparaitra dans John Carpenter's Vampires (1998) de John Carpenter ou encore Deep Impact (1998) de Mimi Leder.

Il souffre en l'an 2000 d'une pancréatite lié à son diabète, ce qui ne l'empêchera pas de continuer à tourner dans différent films allemands et de réaliser un documentaire sur sa soeur- actrice Maria Schell en 2002. Il remonte sur scène en 2006 à Londres dans la pièce de Arthur Miller Ressurection Blues.

On a récemment pu le voir dans Une arnaque presque parfaite(2009) de Rian Johnson.