En 1972, Régis Wargnier commence sa carrière au cinéma comme réalisateur de seconde équipe dans La Femme en bleu de Michel Deville. Il enchaîne ensuite avec Le Grand Frère et
Le Bon Plaisir de Francis Girod. Plus tard, en 1986, il réalise son premier film, La Femme de ma vie qui lui vaut le César de la meilleure première oeuvre. Il tourne ensuite Je suis le seigneur du château, puis en 1992 la fresque historique et romanesque
Indochine, qui rencontre un large succès en France et à l'international et lui vaut de remporter l'Oscar du meilleur film en langue étrangère et cinq Césars, dont celui de la meilleure actrice attribué à Catherine Deneuve et du meilleur second rôle pour Dominique Blanc. En 1995, il réunit Emmanuelle Béart, Daniel Auteuil et Jean-Claude Brialy dans Une femme française.
En 1999, Régis collabore à nouveau avec Catherine Deneuve pour Est-Ouest, également interprété par Sandrine Bonnaire et Oleg Menchikov, qui revient sur les années sombres du stalinisme. Dans les années 2000, il se lance dans un tout autre sujet. Il se consacre aux grands sportifs, pour tourner Coeurs d'Athlètes, diffusé sur France 2 en 2003. Il revient au cinéma en 2005, avec Man to Man, qui réunit Joseph Fiennes et Kristin Scott Thomas. Il adapte ensuite le polar de Fred Vargas,
Pars vite et reviens tard, qui lui fait retrouver l'actrice vietnamienne,
Linh Dan Pham, qu'il avait rencontrée sur
Indochine.
Il est élu à l'Académie des beaux-arts le 4 avril 2007 au fauteuil d'Henri Verneuil (1920-2002).