2001 erhielt er den Deutschen Filmpreis als bester Hauptdarsteller für "Im Juli" und "Das Experiment". Für die Hauptrolle in Oskar Roehlers "Elementarteilchen" wurde er 2006 mit dem Silbernen Bären als bester Darsteller der Berlinale ausgezeichnet. Gelegentlich wirkt der Schauspieler in größeren Nebenrollen internationaler Koproduktionen mit, wie in "Vijay und ich – Meine Frau geht fremd mit mir" von Sam Garbarski. Auch in Kinder- und Jugendfilmen war Moritz Bleibtreu zu sehen, unter anderem 2004 in dem dänischen Film "Der Fakir" oder in "Die schwarzen Brüder" von Xavier Koller (2013).