Vinterbergs eerste avondvullende film was "De Største Helte (The Biggest Heroes)" in 1996, een 'roadmovie'. Na de oprichting van het Dogma 95-collectief regisseerde hij de eerste Dogmafilm, "Festen ("'het feest"')", die hij samen met Mogens Rukov ook schreef. Hij speelde daarbij zelf een kleine bijrol in de film. In 2003 bracht Vinterberg het apocalyptische en post-apocalyptische sciencefiction-liefdesverhaal "It's All About Love" uit, een internationale coproductie die hij in vijf jaar tijd schreef, regisseerde en produceerde. De film was geheel in het Engels. Onder anderen Joaquin Phoenix, Claire Danes en Sean Penn vormden de cast. Na de films "Dear Wendy" in 2005 en "Submarino" in 2010 presenteerde Vinterberg in 2012 "Jagten" ('de jacht'), die hij zowel regisseerde als schreef (het laatste samen met Tobias Lindholm). Hiervoor won hij de Europese Filmprijs voor het beste scenario en werd hij genomineerd voor beste regisseur en beste film.