Prima di esordire come regista, Lattuada misura il suo eclettismo in vari campi. Durante gli studi di architettura, collabora con diverse riviste scrivendo articoli sul cinema e sulla pittura. Si dedica con passione alla fotografia e nel 1941 raccoglie i suoi scatti migliori ne L'occhio quadrato. Infaticabile organizzatore di rassegne cinematografiche, è tra i fondatori della Cineteca italiana. Dopo essere stato assistente di Soldati ( Piccolo mondo antico, 1941) e di Poggioli ( Sissignora,1941) esordisce come regista nel 1943 con Giacomo l'idealista a cui segue nel 1945 La freccia nel fianco. Questi primi due film (entrambi tratti da opere letterarie: il primo da Emilio De Marchi, il secondo da Luciano Zuccoli) sono dei raffinati esercizi di stile la cui ricercatezza formale testimonia la profonda cultura cinematografica di Lattuada.
Nel 1946, con Il bandito, il regista si confronta con la realtà del dopoguerra raccontando il ritorno a casa di un reduce che, avendo perso beni e affetti, si trova invischiato nel giro della malavita e diventa il capo di una banda di delinquenti. L'adesione di Lattuada al neorealismo, attraverso questo film, avviene in modo originale poiché allo sguardo di tipo documentaristico che caratterizza la prima parte del film segue un intreccio da film poliziesco. Anche in Senza pietà (1948) lo smarrimento della protagonista, costretta dalle circostanze a prostituirsi, viene rappresentato con uno stile ambivalente per cui alla descrizione realistica dell'ambiente che fa da sfondo alla vicenda (la pineta di Tombolo a Livorno) si unisce una narrazione articolata secondo gli schemi del poliziesco e del melodramma.
Anche Il Mulino del Po (1949), tratto da un romanzo di Bacchelli, pur essendo ambientato alla fine dell'ottocento, è pervaso da uno spirito neorealista che si evidenzia nella denuncia delle lotte sociali e dalle ingiustizie patite dai contadini delle campagne padane. Gli anni 50 si aprono con Luci del varietà (1950) diretto insieme a Federico Fellini che coincide con l'allontanamento dalle tematiche tipiche del neorealismo per far luce sulle illusioni e disillusioni dei singoli personaggi e sull'analisi delle loro personalità. Tra i titoli più importanti di questi anni vanno ricordati Il cappotto (1952) e La spiaggia (1953) nei quali al profondo amore con cui vengono visti i personaggi corrisponde uno sguardo amaro e disincantato sull'ipocrisia di una società perbenista e bigotta che isola i protagonisti in un vortice di solitudine e disperazione. I toni si addolciscono in Guendalina (1957) un tenero ritratto di quindicenne con cui Lattuada indaga il mondo adolescenziale tra malinconia e romanticismo. Negli anni 60 oltre ai consueti adattamenti letterari portati sullo schermo con impeccabile cura visiva ( La steppa 1962) Lattuada affronta con disinvoltura generi diversi: il giallo ( L'imprevisto 1961 e Il mafioso 1962) la commedia ( Don Giovanni in Sicilia 1967) il film di guerra ( Fraulein Doktor 1969). Con i film dei primi anni 70: Venga a prendere il caffè da noi (1970) Sono stato io (1973) Le farò da padre (1974) Lattuada unisce la leggerezza dei toni propri della commedia a una visione più amara della realtà sociale sottolineandone polemicamente i mali (arrivismo, successo, avidità). Negli anni 80 ha realizzato alcuni sceneggiati per la televisione tra i quali ricordiamo Cristoforo Colombo andato in onda sulla Rai nel 1985.