Durante sus años de estudiante se vincula en la clandestinidad con el Partido Comunista Español, al que pertenecerá el resto de su vida. Con algunos colegas de similar vocación política y estética funda la revista de cine Objetivo, para la cual escribe críticas y algunas reseñas desde festivales. Participa también en la organización de las Conversaciones de Salamanca, el primer encuentro democrático de la cultura conseguido durante el franquismo, donde lee un discurso que se volverá célebre, al criticar el cine español de entonces y abogar por otro tipo de abordajes temáticos. Por aquellos años muestra un fuerte interés por el neorrealismo italiano, reforzado tras su encuentro con Cesare Zavattini, guionista e ideólogo de aquella corriente, en una Semana del Cine Italiano organizada en Madrid en 1953.

En sus películas siguientes, ya al frente de la productora Uninci, llega a realizar coproducciones con México y Francia, y rueda una película en Argentina. Con estos títulos (como La venganza, con la que obtiene la primera nominación al premio Oscar para España, Sonatas, Los inocentes, A las cinco de la tarde o Nunca pasa nada) mantiene algunos enfrentamientos con la censura pero continúa presente en festivales de primer nivel. Como coproductor presenta en el festival de Cannes Viridiana, de Luis Buñuel, que despierta la ira del régimen y complica la situación profesional de Uninci y la suya como director. Por aquellos años dirige también dos obras de teatro: En la red, de Alfonso Sastre y La casa de Bernarda Alba, de Federico García Lorca (en su estreno comercial en España).

A comienzos de la década del 60 sufre varias decepciones por la repercusión de algunos de sus films, que lo distancian de la crítica y el interés del público. Pasa casi cinco años desarrollando proyectos que no logra rodar, lo cual lo obliga a aceptar propuestas para dirigir un tipo de cine más comercial, enfocado en un público que está cambiando de hábitos de consumo y de intereses. En esta etapa de su carrera rueda películas con Sara Montiel (Varietés, una relectura musical de Cómicos) y Marisol (La corrupción de Chris Miller, El poder del deseo), alejándose estéticamente de sus primeras obras.

La llegada de la democracia a España le permite dar un nuevo giro a su carrera, abordando temáticas sociales a través de películas como la comedia El puente o el drama histórico Siete días de enero, en el que reconstruye el asesinato de los abogados laboristas de Atocha, ocurrido apenas un año antes. En los años 80 realiza algunos interesantes trabajos para televisión, como la miniserie Lorca, muerte de un poeta o el episodio Jarabo, para la serie La huella del crimen.

En paralelo continúa desarrollando proyectos, escribiendo artículos para periódicos y revistas del medio y contribuyendo activamente desde la asociación sindical de directores ADIRCAE (heredera de ASDREC, que había presidido durante el franquismo) y la FERA (Federación Europea de Realizadores Audiovisuales), para lograr mejores condiciones de trabajo en el medio audiovisual. Además, mantiene una activa participación en cuestiones políticas, siempre fiel a los principios del PCE.

En 2002 recibe el Goya de Honor por el conjunto de su carrera y publica sus memorias, pocos meses antes de morir, el 30 de octubre, en Madrid. Sus restos fueron velados en el cine Doré, de la Filmoteca Española.