A la suite de son renvoi d'une école militaire, il intègre l'Actor Studio de New York. Sous la direction de Lee Strasberg, il développe ses talents d'acteur et devient un inconditionnel de la méthode de Konstantin Stanislavsky. Au départ, il joue énormément au théâtre mais refuse les propositions des studios hollywoodiens. En 1950, il interpréte un infirme de guerre dans C'étaient des hommes. Signe de son perfectionnisme, il passe de nombreux mois dans un hôpital militaire pour rendre son interprétation convaincante.

L'adaptation pour le cinéma d'Un tramway nommé désir (1951) par Elia Kazan lance sa carrière. Deux ans plus tard, il retrouve le réalisateur pour les besoins de Viva Zapata !. Ce cinéaste lui offre certains de ses meilleurs rôles comme dans Sur les quais (1954), drame pour lequel il remporte un Oscar. Son personnage dans L'Equipée sauvage (1953) fait de lui l'icône de toute une génération. Il s'illustre dans différents registres comme le péplum avec Jules César (1953) ou la comédie musicale avec Blanches colombes et vilains messieurs (1955), tous deux orchestrés par Joseph L. Mankiewicz. Son jeu et son charisme impressionnent les professionnels et le public.

A partir des années 60, Marlon Brando s'aventure dans des projets de plus en plus risqués. Il s'essaie à la réalisation avec La Vengeance aux deux visages (1961) qui se solde par un véritable échec commercial. Il enchaîne avec le tournage des Révoltés du Bounty (1961) qui connaît de nombreuses difficultés. Les sujets trop hardis de ses longs métrages comme La Poursuite impitoyable (1967) et Reflets dans un oeil d'or (1967), qui traite de l'homosexualité, inquiètent les financiers. Mais, c'est surtout son caractère insupportable, dont il fait preuve sur les tournages de Queimada (1971) et du Corrupteur (id.), qui le met à l'écart des plateaux.

En 1972, alors qu'il est devenu persona non grata, Francis F. Coppola, contre toute attente, lui offre le rôle de Vito Corleone dans Le Parrain, un personnage qui donnera un nouveau souffle à sa carrière. Marlon Brando ne s'est pas pour autant assagi. Il refuse l'Oscar pour ce rôle en signe de protestation contre le mauvais traitement des Indiens dans le cinéma américain. Puis, il interprète le sulfureux Dernier tango à Paris (1975). Il exige alors des cachets exorbitants pour finalement jouer de petits rôles dans Superman (1978) et Apocalypse now (1979). Las des vicissitudes hollywoodiennes, il s'exile sur une île du Pacifique pendant dix ans.

A la fin des années 80, Marlon Brando vit une véritable tragédie avec le suicide de sa fille Cheyenne, consécutif au meurtre de son amant par son frère. Les dépenses liées aux procès de ces sombres histoires le poussent à retourner devant les caméras. Fini le temps des chefs-d'oeuvres, c'est un Brando obèse et fatigué qui fait son retour. Plus que jamais, il court le cachet comme avec Premiers pas dans la mafia (1989), L'Ile du docteur Moreau (1996) et The Score (2001), sa dernière apparition à l'écran. En cette fin de carrière, on retiendra tout de même ses remarquables prestations dans Une saison blanche et sèche (1989) et The Brave (1998), la première réalisation de Johnny Depp.