Iniciou-se no cinema como diretor de fotografia. Nessa qualidade, trabalhou em filmes como Fahrenheit 451 de François Truffaut e Far From The Madding Crowd de John Schlesinger, entre outros.

Foi só em 1970 que realizou o seu primeiro filme - Performance -, um exercício cinematográfico que multiplica as virtuosidades técnicas, recusando a progressão linear ao quebrar a relação espaço-tempo. Este filme, protagonizado por Mick Jagger, e co-realizado pelo escritor Donald Cammell, acabou por não ter o sucesso esperado e, assim, Roeg teve que ir para a Austrália para dirigir o seu primeiro filme a solo (Walkabout, 1971), que foi também o seu último trabalho como diretor de fotografia.

Seguiram-se aqueles que foram os seus dois maiores sucessos internacionais: Don't Look Now - uma história comovente de um caso de premonição - e The Man who Fell to Earth, com David Bowie, que apresenta a caminhada de um ser extraterrestre nas ruas da América do final do século XX.

Em Bad Timing (1979), Roeg filma, com uma tumultuosa associação de paixão, erotismo e lirismo, um puzzle complicado de uma história eminentemente estética. Segue-se Eureka (1983), uma superprodução de onze milhões de dólares, interpretado por nomes tão sonantes como Gene Hackman, Theresa Russell, Rutger Hauer e Mickey Rourke, que explora com sofisticação os meandros da memória num labirinto de paixão, de sexo, de dinheiro e de morte.

Insignificance (1985) é um filme que parte das mitologias para criar as suas próprias mitologias. De facto, esta película relata a ida de Marilyn Monroe ao quarto de hotel de Albert Einstein para lhe fazer a sua própria demonstração da teoria da relatividade.