Zadebiutował jako samodzielny reżyser głośnym filmem Windą na szafot (1958) z Jeanne Moreau w roli głównej i muzyką jazzową Milesa Davisa. Inna produkcja z tego samego roku, Kochankowie (1958), odbiła się szerokim echem w świecie, nie tylko filmowym. Film był przejściowo zakazany w USA, ze względu na śmiałe sceny erotyczne.
Późniejsza twórczość Malle’a także poruszała kontrowersyjne, ale ważne tematy: ucieczka przed samobójstwem alkoholika poszukującego sensu życia (Błędny ognik), kazirodztwo (Szmery w sercu), kolaboracja z rządem Vichy (Lacombe Lucien).
W latach 70. Malle wyjechał do USA, gdzie w dalszym ciągu realizował ambitne, poruszające filmy (m.in. nominowany do Oscara Atlantic City). Przez całe życie realizował także filmy dokumentalne.