Αν και αρχικά δεν ενδιαφερόταν για την υποκριτική, όταν επέστρεψε από τον πόλεμο πέρασε από ακρόαση και του προσφέρθηκε ένας ρόλος στο Μπρόντγουεϊ. Η Θεατρική παράσταση, «A Sound of Hunting», του Χάρι Μπράουν, δεν είχε επιτυχία, αλλά η ερμηνεία του Λάνκαστερ τράβηξε την προσοχή ενός πράκτορα του Χόλιγουντ, του Χάρολντ Χέχτ, ο οποίος τον σύστησε στον Χαλ Ουόλις, ο οποίος του ανέθεσε τον πρωταγωνιστικό ρόλο στην ταινία «Οι Δολοφόνοι». Στην ταινία αυτή, που ήταν βασισμένη σε διήγημα του Έρνεστ Χέμινγουεϊ, συμπρωταγωνιστούσε με την Άβα Γκάρντνερ. Η ταινία είχε επιτυχία και ο Λάνκαστερ έλαβε αναγνώριση και εμφανίστηκε σε δύο ταινίες το επόμενο έτος, εκ των οποίων η μια είναι «Ο δήμιος των κολασμένων» του Ζυλ Ντασέν.

Συνέχισε τις κινηματογραφικές του εμφανίσεις κατά τη διάρκεια της δεκαετίας του 40′, πρωταγωνιστώντας κυρίως σε φιλμ νουάρ, με εξαίρεση ίσως την κινηματογραφική μεταφορά του θεατρικού του Άρθουρ Μίλερ, «Ήταν όλοι τους παιδιά μου». Στις ταινίες «Η φλόγα και το βέλος» και «Ο κόκκινος κουρσάρος» συμμετείχε και ο φίλος από τα χρόνια του τσίρκου, Νικ Κραβάτ. Οι δυο ηθοποιοί εξέπληξαν τα πλήθη με τα ακροβατικά τους στις ταινίες αυτές.

Το 1953, ο Λάνκαστερ πρωταγωνίστησε σε ένα από τα πιο αξιομνημόνευτα δράματα του κινηματογράφου, το «Όσο υπάρχουν άνθρωποι» του Φρεντ Τσίνεμαν, πλάι στον Μοντγκόμερι Κλιφτ, τη Ντέμπορα Κερ και τον Φρανκ Σινάτρα. Η σκηνή της ταινίας στην οποία ο Λάνκαστερ και η Κερ κάνουν έρωτα ανάμεσα στα κύματα, σε μια παραλία της Χαβάης, θεωρείται από τις θρυλικότερες ερωτικές σκηνές όλων των εποχών, σύμφωνα με το Αμερικανικό Ινστιτούτο Κινηματογράφου. Ο ρόλος αυτός του χάρισε την πρώτη υποψηφιότητα για όσκαρ Α’ ανδρικού ρόλου, το οποίο έχασε από τον Γουίλιαμ Χόλντεν για την ταινία «Ο καταδότης του θαλάμου 17».

Στα μέσα της δεκαετίας του ’50, ο Λάνκαστερ άρχισε να αναλαμβάνει πιο απαιτητικούς ρόλους και την ανεξάρτητη εταιρία Hecht-Lancaster Productions, σε συνεργασία με τον Χάρολντ Χεχτ, αποτελώντας έναν από τους πρωτοπόρους του ανεξάρτητου κινηματογράφου. Η εταιρία παραγωγής του λάνσαρε την ταινία «Μάρτι», που βραβεύτηκε με όσκαρ καλύτερης ταινίας το 1955, καθώς και τις ταινίες «Τόπο στα νιάτα» με τη Μπέτι Ντέιβιςκαι το «Χωριστά τραπέζια» που χάρισε το όσκαρ Α’ ανδρικού ρόλου στο Ντέιβιντ Νίβεν το 1958.

Ο Λάνκαστερ έλαβε την αναγνώριση που του άξιζε το 1960, όταν τιμήθηκε το Όσκαρ Α’ ανδρικού ρόλου, χρυσή σφαιρα και βραβείο των κριτικών Νέας Υόρκης, για την ταινία «Είμαστε Διεφθαρμένοι;». Το 1968, σε ηλικία 52 ετών, ο Λάνκαστερ εμφανίστηκε γυμνός στην ταινία του Φρανκ Πέρι, «Αναζητώντας το παρελθόν».

Ο Λάνκαστερ συμπρωταγωνίστησε σε πολλές ταινίες με τον Κερκ Ντάγκλας, με σημαντικότερες τις: «Ματωμένες αλυσίδες», «Gunfight at the O.K. Corral», «’Επαναστάται του διαβόλου», και «Επτά Ημέρες του Μαΐου». Ο Ντάγκλας αναλάμβανε πάντοτε δευτερεύοντα ρόλο σε αυτές τις ταινίες.

Κατά τα τελευταία χρόνια της καριέρας του, ο Λάνκαστερ εγκατέλειψε τα ακροβατικά και τις χολιγουντιανές περιπέτειες και άρχισε να ερμηνεύει πιο διακεκριμένους χαρακτήρες. Έτσι εκείνη την περίοδο συμμετείχε σε διάφορες ευρωπαϊκές παραγωγές, με σκηνοθέτες όπως το Λουκίνο Βισκόντι και το Μπερνάρντο Μπερτολούτσι. Η συνεργασία του με το Γάλλο σκηνοθέτη Λουί Μαλ το 1980, στην ταινία Ατλαντικ Σίτι (Atlantic City), πλάι στη Σούζαν Σαράντον του χάρισε διθυραμβικές κριτικές από τους κριτικούς του κινηματογράφου. Ο Λάνκαστερ αναζήτησε απαιτητικούς ρόλους και δεχόταν πολύ χαμηλότερη αμοιβή σε περίπτωση που του άρεσε κάποιος ρόλος ή κάποιος σκηνοθέτης. Συνέβαλε επίσης στη χρηματοδότηση και στην υποστήριξη ταινιών που θεωρούσε ότι είχαν μεγάλη καλλιτεχνική αξία. Υπήρξε μέντορας για τους σκηνοθέτες Σίντνεϊ Πόλακ και Τζον Φράνκενχαϊμερ, ενώ σκηνοθέτησε και ο ίδιος δυο ταινίες.

Για τη συμβολή του στη βιομηχανία κινηματογράφου, ο Λάνκαστερ έχει ένα αστέρι στο Hollywood Walk of Fame στο νούμερο 6801 της Λεωφόρου του Χόλιγουντ.