Em 1991, como estudante da University of Texas em Austin, Rodriguez escreveu o roteiro do seu primeiro longa-metragem enquanto ficava isolado em uma instalação de pesquisa de medicamentos como um paciente pago em um experimento clínico. O pagamento cobriu o custo de filmar seu filme. Ele planejava reaver o dinheiro vendendo o filme para o mercado de vídeo doméstico do México.

O filme era “El Mariachi”, que Rodriguez escreveu, dirigiu, fotografou, editou e foi responsável pelo som, tudo por US$ 7.000. A Columbia Pictures então comprou os direitos e assinou contrato com Rodriguez por um período de dois anos como roteirista e diretor. “O Mariachi” estreou no Festival de Cinema de Toronto de 1992 e ganhou o cobiçado prêmio do Público nos Festivas de Cinema de Sundance e Deauville de 1993. Ele foi também premiado nos festivais de Berlim, Munique, Edimburgo e Yubari (Japão). Além disso, Rodriguez ganhou indicações a um Prêmio Independent Spirit de Melhor Diretor e Melhor Filme de Estreia. “O Mariachi” se tornou o filme de menor orçamento já lançado por um estúdio importante e o primeiro filme americano lançado em espanhol. Rodriguez escreveu sobre essas experiências no livro Rebel Without a Crew, publicado pela Dutton Press.

Rodriguez continuou a carreira escrevendo, produzindo, dirigindo e montando o filme “A Balada do Pistoleiro”, de 1995, uma sequência a “O Mariachi”. O filme apresentou Antonio Bandeiras ao público americano como protagonista, ao lado de Salma Hayek. Também em 1995, Rodriguez escreveu, dirigiu e montou “The Misbehavers”, um dos quatro segmentos do filme da antologia “Four Rooms”, novamente estrelado por Antonio Banderas. Rodriguez em seguida se reuniu com Quentin Tarantino no extravagante sucesso de 1996 “Um Drink no Inferno”. Rodriguez dirigiu a partir do roteiro de Tarantino, que também estrelou o filme com George Clooney. Rodriguez também montou e trabalhou como produtor executivo do filme. Seu projeto seguinte na direção foi “Prova Final” de 1998, estrelado por Josh Hartnett, Elijah Wood e Jordana Brewster.
Em 2001, Rodriguez concretizou um sonho antigo e criou um filme de aventura familiar, “Pequenos Espiões”, que foi um sucesso de crítica e de bilheteria. Em seguida, houve duas sequências, “Spy Kids 2: The Island of Lost Dreams” e “Spy Kids 3-D: Game Over”. Seu próximo filme, “Era uma Vez no México”, foi o terceiro filme na trilogia do “O Mariachi”.

Em 2004, Rodriguez começou seu empreendimento seguinte, “Sin City - Cidade do Pecado”, que dirigiu com Frank Miller, o criador da graphic novel Sin City. “Sin City - A Cidade do Pecado” contava com um elenco estelar, incluindo Bruce Willis, Jessica Alba E Benicio Del Toro, entre outros. O sucesso de bilheteria aclamado pela crítica foi lançado em abril de 2005.
Rodriguez retornou ao seu amor pelo tema familiar com “As Aventuras de Sharkboy e Lavagirl em 3D”, que foi baseado nas histórias e sonhos do filho pequeno de Rodriguez, Racer. Estrelado por George Lopez, o filme entrou em cartaz em junho de 2005.

Em 2007, Rodriguez lançou “Grindhouse”, uma ode às exibições duplas dos anos 1970, dirigido por seu bom amigo e frequente colaborador Quentin Tarantino.