Артист дебютировал в кино в 36 лет и с первых картин зарекомендовал себя как неподражаемый разнохарактерный и профессиональный актёр. Он принёс с цирковой арены на экран различные роли-маски, широко используя цирковую эксцентрику и фактуру (пиротехник, фильм «Девушка с гитарой», 1958; Клячкин, «Неподдающиеся», 1959; Балбес, «Совершенно серьёзно», 1961). Одна из киноновелл этого фильма «Пёс Барбос и необычный кросс» режиссёра Л. Гайдая положила начало ролям, которые обеспечили актёру всенародную любовь. Незабываемый образ Балбеса из знаменитой тройки (Трус, Балбес и Бывалый) в кинокомедиях «Самогонщики» (1961), «Операция „Ы“ и другие приключения Шурика» (1965), «Кавказская пленница, или Новые приключения Шурика» (1967) отличают исключительное обаяние и жизнерадостность. Однако сам актёр (например, в книге «Почти серьёзно») более высоко ценил короткометражные новеллы, считая недостаточно удачной «Кавказскую пленницу», не говоря уже об использовании образа троицы жуликов другими режиссёрами (Э. Рязановым — «Дайте жалобную книгу», Е. Кареловым — «Семь стариков и одна девушка»).
Играл во многих любимых народом фильмах. Самыми известными являются кинокомедии с его участием — «Бриллиантовая рука», «12 стульев», «Старики-разбойники». Персонажи этих фильмов — комедийно-гротесковые, с оттенком детскости, наивные чудаки, лиричные, добродушные и непосредственные.
Но актёр играл не только комические роли. В фильме «Когда деревья были большими» (1961) раскрылся драматический талант исполнителя. В своём герое — Кузьме Кузьмиче Иорданове — актёр обнаруживает сложное переплетение различных психологических состояний: лживость, опустошённость, паразитизм, одиночество, стремление вывести свою жизнь из состояния краха.
