Svoju kariéru začal v 50. rokoch, keď mal len 22 rokov. Najvýznamnejším hereckým obdobím Alaina Delona boli 60. a 70. roky, keď hral vo filmoch takých režisérov, ako boli Luchino Visconti (Rocco a jeho bratia, 1960; Gepard, 1963), Michelangelo Antonioni (Zatmenie, 1962), René Clément (V žiari slnka, 1960), Louis Malle (Podivuhodné príbehy, 1968), Jean-Pierre Melville (Samuraj, 1967 a Osudový kruh, 1970).
Filmy natočené od polovice 80. rokov už neboli také úspešné a Delon v roku 1998 ohlásil ukončenie svojej filmovej hereckej kariéry. Neskôr prijal iba drobné filmové roly, napr. vo filme Asterix a olympijské hry (2008). Od 70. rokov začal Delom niektoré svoje filmy aj produkovať a v 80. rokoch sa pokúsil i o réžiu - vo filme Kto nastaví kožu (1981) a Bojovník (1983).
Jeho talent bol ocenený v roku 1985, keď získal francúzsku filmovú cenu César v kategórii najlepší herec za film Náš príbeh. V máji 2019 počas filmového festivalu v Cannes získal Čestnú palmu za svoju celoživotnú kariéru. "Je to trochu posmrtná pocta, ale ešte za života," zdôveril sa vtedy dojatý herec na pódiu Palais des Festivals.
