Na Hôtel de France (Un certain regard in Cannes; 1987) en een bijdrage aan de mensenrechten-omnibusfilm Contre l’oubli (1991) had Chéreau zijn eerste internationale hit met La reine Margot (juryprijs in Cannes; 1994), een theatrale kostuumfilm over de Bartholomeüsnacht of Bloedbruiloft in 1572, de georganiseerde massamoord op protestantse Hugenoten.
Voor zijn volgende film Ceux qui m’aiment prendront le train (competitie Cannes 1998), over bittere verwijdering in een uitgebreide vriendengroep, won Chéreau de César voor beste regie. Zijn enige Engelstalige film, het in Londen opgenomen Intimacy/Intimité (naar verhalen van Hanif Kureishi; 2001) won de Gouden Beer in Berlijn. De eerste vijf minuten, met een gedetailleerd verslag van zweterige, onaantrekkelijke seks, zorgde voor enige controverse en een debat over realisme in film. Voor Son frère
(2003) kreeg Chéreau een Zilveren Beer als beste regisseur in de Berlijnse competitie.
Gabrielle (met Isabelle Huppert en Pascale Greggory; competitie Venetië 2005) was gebaseerd op Joseph Conrads novelle The Return. Ook zijn laatste film Persécution (met Romain Duris en Charlotte Gainsbourg; 2009) was in Venetië in competitie. Chéreau acteerde soms in films: als Camille Desmoulins, strijdmakker van de titelheld, in Danton (Andrzej Wajda, 1983), in de titelrol van Adieu Bonaparte (Youssef Chahine, 1985), als Frans generaal in The Last of the Mohicans (Michael Mann, 1992), als de regisseur in de korte film Bête de scène (Bernard Nissile, 1994), als de verraden verzetsheld Jean Moulin in Lucie Aubrac (Claude Berri, 1997), als alcoholist in Au plus près du paradis (Tonie Marshall, 2002) en in het post-apocalyptische Le temps du loup (Michael Haneke, 2003). Hij sprak de stem van Marcel Proust in Le temps retrouvé (Raoul Ruiz, 1999). Juryvoorzitter in Cannes (2003).