1988年，執(zhí)導劇情短片《La course destination monde》，從而正式開啟了他的導演生涯。1994年，執(zhí)導的短片《REW-FFWD》。1996年，執(zhí)導劇情片《Cosmos》，這是丹尼斯·維倫紐瓦執(zhí)導的首部電影。

1998年，執(zhí)導由帕斯卡·比西埃爾、亞歷克西斯·馬丁合作主演的劇情片《8月32日》。2000年，編導由瑪麗-喬西·克羅茲、羅賓·奧貝爾、西爾維·莫羅聯(lián)合主演的劇情片《迷情漩渦》，他憑借該片獲得第20屆加拿大基尼獎最佳導演獎。

2008年，執(zhí)導劇情短片《下一層》，該片獲得第61屆戛納國際電影節(jié)影評人周單元“Canal+電視臺”獎。2009年，執(zhí)導由伊夫林·布洛初、皮埃爾-伊夫·卡丁納、馬克西姆·高德特合作主演的犯罪片《理工學院》，獲得第13屆多倫多影評人協(xié)會獎最佳加拿大電影獎，他憑借該片獲得第29屆加拿大基尼獎最佳導演獎。

2010年，執(zhí)導根據(jù)加拿大法語作家瓦基迪·穆阿瓦德的同名劇作改編的劇情片《焦土之城》，該片由馬克西姆·高德特、盧布娜·阿扎寶領銜主演，獲得第83屆奧斯卡金像獎最佳外語片獎提名、第65屆英國電影學院獎最佳非英語片獎提名，他憑借該片獲得第30屆加拿大基尼獎最佳導演獎、最佳改編劇本獎，第14屆溫哥華影評人協(xié)會獎最佳導演獎。

2013年，執(zhí)導由杰克·吉倫哈爾，休·杰克曼，梅麗莎·里奧合作主演的犯罪懸疑片《囚徒》，這是丹尼斯·維倫紐瓦執(zhí)導的首部英語電影，該片獲得第38屆多倫多國際電影節(jié)人民選擇獎最佳故事片獎提名；同年，執(zhí)導由杰克·吉倫哈爾、梅拉尼·羅蘭、莎拉·加頓合作主演的懸疑驚悚片《宿敵》，講述了一個人在精神危機下的潛意識的故事。

2015年，執(zhí)導由艾米莉·布朗特、喬什·布洛林、本尼西奧·德爾·托羅合作主演的犯罪劇情片《邊境殺手》，講述了由執(zhí)法人員和神秘特工組成的小隊扳倒販毒組織的故事，該片獲得第68屆戛納國際電影節(jié)金棕櫚獎提名、第21屆美國廣播影評人協(xié)會獎最佳影片獎提名。

2016年，執(zhí)導根據(jù)華裔科幻作家特德·蔣的小說《你一生的故事》改編的科幻劇情片《降臨》，該片由杰瑞米·雷納、艾米·亞當斯、福里斯特·惠特克聯(lián)袂主演，他憑借該片獲得第89屆奧斯卡金像獎最佳導演獎提名、第70屆英國電影學院獎最佳導演獎提名、第22屆美國廣播影評人協(xié)會獎最佳導演獎提名。之后，這部影片被美國電影學會（AFI）入選“年度十佳電影”。

2017年，執(zhí)導根據(jù)菲利普·K·迪克的小說《仿生人會夢見電子羊嗎？》改編的科幻片《銀翼殺手2049》，該片由瑞恩·高斯林、哈里森·福特、安娜·德·阿瑪斯領銜主演，講述了在人類與復制人共生的2049年，兩個種族之間的矛盾升級的故事，他憑借該片獲得第71屆英國電影學院獎最佳導演獎提名。

2018年，丹尼斯·維倫紐瓦擔任第71屆戛納國際電影節(jié)評委會成員。

2020年1月9日，獲好萊塢影評人協(xié)會2010年代（2010年—2019年）“十年電影人”獎。

2021年10月1日，擔任導演、編劇、制作人的電影《沙丘》定檔在美國上映。

丹尼斯·維倫紐瓦能駕馭好萊塢主流電影。他一路披荊斬棘，無疑是中生代導演中當仁不讓的楷模。在影片《降臨》中，導演丹尼斯·維倫紐瓦對科幻與荒誕之間的尺度把握得十分得體，以緩慢的敘事節(jié)奏將其中的科幻、哲學思考以及女性主義色彩征服了觀眾。（騰訊娛樂、《京華時報》、《電影世界》、《電影文學》評）

丹尼斯·維倫紐瓦從《焦土之城》到《囚徒》，再到講述人格分裂的《宿敵》，他似乎天生對犯罪題材有著敏感的掌控力，利用慢節(jié)奏拍驚悚片的獨特風格在他對敘事線索和細節(jié)的收緊之下，不僅不顯拖沓，反而帶來一種空氣稀薄般的窒息感。此外，他的每一部電影都不僅能夠給人帶來視覺上的震撼，而且給人帶來嚴肅的思考。（Mtime時光網(wǎng)、《北方人(悅讀)》評）