Per la seva interpretació en el film The Godfather. Part II (1974) de F.F. Coppola, guanyà el premi Oscar d’interpretació. The Raging Bull (1980) de M. Scorsese, també li valgué un Oscar d’interpretació.
Altres films en què ha intervingut són Novecento (1975), de B. Bertolucci; Taxi Driver (1976) i New York, New York (1977), ambdós de M. Scorsese; The Deer Hunter (1978), de M. Cimino; Falling in Love (1984), de M. Christopher; The Mission (1986), de R. Joffé; The Untouchables (1987), de B. De Palma; Angel Heart (1987), d’A. Parker; Stanley & Iris (1990), de M. Ritt; We’re no Angels (1990), de N. Jordan; Goodfellas (1990), de M. Scorsese; Awakenings (1990), de P. Marshall; Guilty by Suspicion (1991), d’I.Wilkin; Backdraft (1991), de R. Howard; Cape Fear (1991), de M. Scorsese; Night and the City (1992), d’I. Winkler; Mad Dog and Glory (1993), de J. McNaughton; Casino (1995), de M. Scorsese; Heat (1995), de M. Mann; Sleepers (1996), de B. Levinson; The Fan (1996), de T. Scott; Cop Land (1997), de J. Mangold; Wag the Dog (1997), de B. Levison; Jackie Brown (1997), de Q. Tarantino; Great Expectations (1998), d’A. Cuarón; Ronin (1998), de J. Frankenheimer; Analyze This (1999), de H. Ramis; Flawless (1999), de J. Schumacher; The Adventures of Rocky and Bullwinkle (2000), de D. MacAnuff; Meet the Parents (2000), de J. Roach; Fifteen Minutes (2000), de J. Herzfeld; Men of Honor (2000), de G. Tillman Jr; The Score (2001), de F. Oz; Showtime (2002), de T. Day; City by the Sea (2002), de M. Caton-Jones; Analyze That (2002), de H. Ramis; Godsend (2004), de N. Hamm; The Bridge of San Luis Rey (2004), de M. McGuckian; Meet the Fockers (2004), de J. Roach; Hide and Seek (2005), de J. Polson; Stardust (2007), de M. Vaughn; What Just Happened? (2008), de B. Levinson; Righteous Kill (2008), de J. Avnet; Everybody’s Fine (2009), de W. Jones, i Stone (2010), de J. Curran.
Darrerament ha protagonitzat i ha participat, entre d’altres, a Limitles (2011), de Neil Burger; The Killer Elite (2011), de Gary McKendry; Red Lights (2012), de Rodrigo Cortés; Silver Linings Playbook (2012), de D.O. Russell, i a The Irishman (2019) i Killers of the Flower Moon (2023), ambdós films de M. Scorsese. Ha dirigit els films A Bronx Tale (1993) i The Good Shepherd (2006), en els quals també ha actuat.
El 1988 fundà la productora Tribeca Films. Ha estat guardonat, entre d’altres, amb el Lleó d’Or especial a la seva carrera (1993), el premi honorífic Donostia del Festival de Sant Sebastià (2000) i el premi honorífic Cecil B. De Mille (2011).