Fils d'Attilio Bertolucci, poète et critique de cinéma, Bernardo Bertolucci se voit offrir à l'âge de quinze ans une caméra 16 mm avec laquelle il réalise ses premiers courts métrages. C'est en 1961 à l'université de Rome, où il étudie la littérature, qu'il fait la rencontre d'un ami de son père, Pier Paolo Pasolini, qui lui propose d'être son assistant sur Accatone. Fort du succès du film, Bernardo Bertolucci est contacté par le producteur Antonio Cervi pour porter à l'écran son propre scénario, La Commare secca, l'histoire d'une enquête policière sur l'assassinat d'une prostituée.

En 1963, il enchaîne avec le tournage de Prima della rivoluzione, auréolé du Prix de la Jeune Critique au Festival de Cannes 1964. Une fois passé derrière la caméra, Bernardo Bertolucci n'en oublie pas moins ses fonctions de scénariste. Il écrit notamment le script de Il était une fois dans l'Ouest (1968). Adhérant par ailleurs au Parti Communiste Italien, il impreigne de son engagement politique plusieurs de ses films comme Partner (1968), La Stratégie de l'araignée (1970) et Le Conformiste (id.).

En 1972, Bernardo Bertolucci remporte son plus gros succès commercial avec le sulfureux Dernier tango à Paris, interprété par un monstre sacré de l'époque, Marlon Brando. Cette réussite lui permet de réaliser trois ans plus tard 1900 (1976), une fresque, portée par un prestigieux casting international (Robert De Niro, Gérard Depardieu ou encore Burt Lancaster), sur l'itinéraire de deux Italiens nés dans un même village au début du XXe siècle. Revenant à une thématique plus intimiste, le cinéaste dirige Jill Clayburgh en mère d'un fils drogué dans La Luna (1979), un film qui aborde le thème de l'inceste. Il convoque ensuite Ugo Tognazzi dans La Tragédie d'un homme ridicule, un drame familial qui vaut au comédien le Prix d'interprétation masculine au Festival de Cannes 1981.

En 1987, Bernardo Bertolucci fait son grand retour au cinéma en évoquant le destin du Dernier empereur de Chine. Neuf Oscars, dont ceux du Meilleur film et du Meilleur réalisateur, récompensent ce film à grand spectacle. Changement de décors pour ses deux longs métrages suivants : le Sahara pour Un thé au Sahara (1990), l'adaptation du roman de Paul Bowles, et le Tibet pour Little Buddha (1993), fresque dans laquelle Keanu Reeves tient le rôle titre.

Le réalisateur italien effectue ensuite un retour aux sources avec Beauté volée (1995), une comédie dramatique se déroulant en Toscane et qu'illumine le doux visage de la révélation féminine Liv Tyler. Quatre ans après Shandurai (1999) qu'interprète Thandie Newton, il renoue avec un certain idéal de gauche en mettant en scène The Dreamers (2003), un drame sur l'effervescence révolutionnaire de mai 1968. En 2013, il signe son dernier long métrage, Moi & toi, l'histoire d'un adolescent qui décide de s'isoler pour faire le point sur sa vie jusqu'à l'arrivée impromptue de sa demi-soeur. En 2013, il signe son dernier long métrage, Moi & toi, l'histoire d'un adolescent qui décide de s'isoler pour faire le point sur sa vie jusqu'à l'arrivée impromptue de sa demi-soeur.

A  sa mort en novembre 2018 à 77 ans, le journal italien La Repubblica titrera que Bertolucci était l'un des "derniers grands maîtres" du cinéma italien.