Dopo aver lavorato in ambito giornalistico, esordiscono alla regia nel progetto di Joris Ivens L'Italia non è un paese povero (1960). La loro prima regia autonoma è I sovversivi (1967), che anticipa i fatti del '68, quindi dirigono film di successo come Sotto il segno dello scorpione (1969), Allonsanfan (1974), La notte di San Lorenzo (1982), con attori come Gian Maria Volontè, Marcello Mastroianni e Omero Antonutti. Con Padre padrone (1977) vincono la Palma d'Oro a Cannes. La loro ultima opera è La masseria delle allodole (2007), sul massacro turco del popolo armeno.
Dopo gli esordi come scultore, scenografo e critico cinematografico, esordisce alla regia con il documentario San Miniato: luglio 1944 (1954). Successivamente dirige con i fratelli Taviani i lungometraggi a soggetto Un uomo da bruciare (1962), I fuorilegge del matrimonio
(1963), quindi, da solo, I dannati delle terra (1969), Corbari (1970), Uomini e no (1980), prediligendo nei suoi lavori tematiche scottanti. Dopo aver insegnato per anni al Centro Sperimentale di Cinematografia, muore nel 2001.