1996年，诺兰用了6000美元和大学期间“16毫米”社团的朋友们拍摄了他第一部真正意义上的电影《追随》。该片在1998年旧金山电影节上放映并受到关注。

2000年，来到好莱坞发展的诺兰执导并编剧影片《记忆碎片》。该片改编自诺兰弟弟乔纳森·诺兰的短篇小说《死亡象征》，并已经显露出诺兰复杂创作风格，采取彩色和黑白两条主线交错叙述。影片曾获74届奥斯卡奖的最佳电影剧本提名。

2003年，诺兰执导拍摄漫改电影《蝙蝠侠:侠影之谜》。这是诺兰蝙蝠侠三部曲第一部，具有争议的英雄主义诞生。2005年电影正式公映并获得3.52亿美元的全球票房，入选当年夏季卖座影片前三甲。

2006年10月，诺兰执导完成了奇幻电影《致命魔术》。叙事本身也像个魔术，谜底在最后才被揭晓。诺兰曾遗憾为了赶上制作方要求的06年上映时间，片子有些仓促，“如果有更多时间，这部电影会更好。”

2008年7月18日，诺兰再次涉猎的蝙蝠侠系列电影《蝙蝠侠：黑暗骑士》上映。该片最终获得10.82亿美元的全球票房，也是第一部票房超过10亿美元的超级英雄电影。

2010年，诺兰执导科幻电影《盗梦空间》。影片剧情游走于梦境与现实之间，莱昂纳多·迪卡普里奥出演造梦师。该片获第37届美国土星奖电影类最佳导演、最佳编剧等奖。

2012年7月20日，诺兰的蝙蝠侠终结篇《蝙蝠侠前传3：黑暗骑士崛起》上映。该片美国本土票房4.312亿美元，海外票房5.74亿美元。

2013年8月14日，诺兰执导由弟弟乔纳森·诺兰编写剧本的《星际穿越》，这部科幻题材电影最核心的仍然是亲情与爱。影片涉及虫洞、太空冒险、多维空间等科幻元素，采用非线性的环形叙事结构，诺兰个人风格鲜明。

2016年5月，诺兰执导聚焦二战题材电影《敦刻尔克》，该片头顶“神片导演”诺兰新作光环，肩负70mm胶片历史厚重感，堪称今年最值得期待的战争题材影片。电影7月21日美国公映后好评不断，烂番茄好评93%，内地将于9月1日上映。