Lassé de jouer dans les films d'autrui, il devient lui-même réalisateur. En 1969 sort son premier long-métrage, "Ah Dieu ! que la guerre est jolie" ("Oh! What a Lovely War"), adaptation cinématographique de la comédie musicale de Joan Littlewood. Il réalise notamment "Les Griffes du lion" ("Young Winston") en 1972, consacré aux années de jeunesse de Winston Churchill. Le scénariste Carl Foreman lui suggère de jouer le père de Churchill, mais il préfère confier le rôle à l'acteur Robert Shaw. Il tourne ensuite le film de guerre "Un pont trop loin" ("A Bridge Too Far"), sorti en 1977, qui décrit l'opération aéroportée "Market Garden", menée par les armées alliées en . Il est interprété par de nombreuses stars, dont Michael Caine, Sean Connery, Dirk Bogarde, ou encore Robert Redford. Son long-métrage le plus connu est "Gandhi". Attenborough hypothèque sa maison et accepte des rôles qu'il estime médiocres afin de réunir les fonds nécessaires au tournage. Le film remporte huit Oscars en 1983, dont ceux du meilleur film et du meilleur réalisateur. Il réalise d'autres films biographiques. "Cry Freedom" en 1987, mettant en scène Denzel Washington dans le rôle du militant de la lutte anti-"apartheid" Steve Biko, et "Chaplin" en 1992, dans lequel Robert Downey Jr. interprète le cinéaste Charlie Chaplin.