Bhansali pályafutását Vidhu Vinod Chopra asszisztenseként kezdte, és részt vett az 1942-es Parinda forgatásán: A Love Story és a Kareeb című filmekben vett részt. Azonban összevesztek, amikor Bhansali visszautasította a Kareeb rendezését. 1996-ban debütált rendezőként a Khamoshi: The Musical című filmmel, amely kereskedelmi szempontból sikertelen, de a kritikusok által elismert elbeszélés egy lány küzdelméről, aki süketnéma szüleivel próbál kommunikálni. A film elnyerte a Filmfare kritikusok legjobb filmnek járó díját. Az indiai filmművészetben az Aishwarya Rai, Salman Khan és Ajay Devgan főszereplésével készült Hum Dil De Chuke Sanam című háromszög-szerelmi történettel vált ismertté, amely megalapozta a vizuális pompa és az ünneplés és az ünnepélyesség aurájának megteremtése iránti egyéni bélyegét. A filmet az 1999-es Indiai Nemzetközi Filmfesztivál indiai panoráma szekciójában mutatták be. Nagy kereskedelmi és kritikai sikert aratott, és számos díjat nyert, köztük négy Nemzeti Díjat és kilenc Filmfare-díjat.
A következő filmje, a Shah Rukh Khan, Aishwarya Rai és Madhuri Dixit főszereplésével készült Devdas, Bhansali ódája az azonos című regényhez, amely 2002 legnagyobb bevételt hozó filmje lett. A film a kritikusoktól is egyöntetű elismerést kapott, és a Filmfare összes fontos elismerését elnyerte, így a Filmfare legtöbbet díjazott filmje lett (holtversenyben az 1995-ös Dilwale Dulhania Le Jayenge-gel). Az 50. Nemzeti Filmdíjakon öt díjat nyert, köztük a legjobb népszerű, egészséges szórakozást nyújtó filmnek járó elismerést. A Brit Filmakadémia & televíziós díjainál (BAFTA) a legjobb külföldi film kategóriában kapott jelölést. Ez volt India pályázata a legjobb idegen nyelvű filmnek járó Oscar-díjra. A filmet a 2002-es cannes-i filmfesztiválon is bemutatták. A Time magazin “Az évezred 10 legjobb filmje (eddig)” című listáján a nyolcadik helyen állt. Következő filmje, az Amitabh Bachchan és Rani Mukerji főszereplésével készült Fekete megdöntötte a Devdas saját rekordját: tizenegy díjat gyűjtött be, ami a legtöbb díj, amit valaha egyetlen film kapott a Filmfare-on. A Time (Europe) “Az év 10 legjobb filmje 2005-ben” című listáján a világ filmjei közül az ötödik helyen végzett. Az 53. Nemzeti Filmdíjakon megkapta második nemzeti díját a legjobb hindi nyelvű játékfilmért. A Hum Dil De Chuke Sanam, a Devdas és a Fekete többszörös legjobb rendezői és legjobb film díjat hozott neki a Filmfare-on, az utóbbi a legjobb filmnek járó további kritikusok díját is megkapta. 2006-ban Bhansali zsűritagként vett részt a Jhalak Dikhhla Jaa című valóságshow-ban Farah Khan és Shilpa Shetty mellett.
Bhansali következő filmjét, a 2007-ben bemutatott Saawariya-t éles kritikák és gyenge jegybevétel fogadta a kasszáknál. 2008-ban Bhansali megrendezte a Padmavati című operát, amely Albert Roussel 1923-as balettjének adaptációja. Az előadást Párizsban mutatták be a tekintélyes Théâtre du Châtelet-ben, majd a Festival dei Due Mondi fesztiválon, ahol az első előadás végén “tizenöt perc álló ovációt és hét függönyszünetet kapott”. Bhansali számos pozitív megjegyzést kapott a nemzetközi kritikusoktól a munkájáért. 2010-ben Bhansali bemutatta a Guzaarish című filmet Hrithik Roshan és Aishwarya Rai főszereplésével, melyben zenei rendezőként is debütált. A film pozitív vagy vegyes kritikákat kapott a kritikusoktól, de a kasszáknál nem tudott jól teljesíteni. A Guzaarish a Filmfare-on a legjobb rendezői jelölést hozta meg számára. 2011-ben zsűritag lett az X Factor India című indiai zenei tehetségkutató műsor 1. évadában. Ugyanebben az évben ő készítette a My Friend Pinto című zenés vígjátékot is, amely szintén vegyes kritikákat kapott, és a kasszáknál rosszul teljesített. 2012-ben Bhansali producere volt a Rowdy Rathore, a Vikramarkudu című telugu film remake-je, Akshay Kumar és Sonakshi Sinha főszereplésével, Prabhu Deva rendezésében. A film vegyes kritikákat kapott a kritikusoktól, és komoly kereskedelmi siker lett, a Box Office India blockbuster filmnek bélyegezte. A következő évben elkészítette a Shirin Farhad Ki Toh Nikal Padi című filmet, amely szintén vegyes kritikákat kapott, de nem tudott jól teljesíteni a kasszáknál.
2013-ban Bhansali rendezte a Goliyon Ki Raasleela Ram-Leela-t, Shakespeare Rómeó és Júliájának adaptációját, Ranveer Singh és Deepika Padukone főszereplésével . Néhány vallási csoport ellenezte a filmet, azt állítva, hogy a korábbi cím Ramleela félrevezető, mert a filmnek semmi köze a Ramlilához, a hindu istenség, az Úr Ráma életének és történetének hagyományos előadásához. A film bemutatását a delhi legfelsőbb bíróság felfüggesztette a film címe körüli vita miatt, azt állítva, hogy a film sérti a hinduk vallási érzelmeit. Később a film címét Goliyon ki Rasleela Ram-Leela-ra változtatták, és végül a tervek szerint bemutatták Indiában. Egy héttel a bemutató után azonban az Allahabádi Legfelsőbb Bíróság Lucknow-i ítélőtáblája betiltotta a film bemutatását Uttar Pradesh államban. A viták és a korlátozott megjelenés ellenére a film a kritikusok elismerését és erős kasszasikereket hozott világszerte, végül ₹2,02 milliárd (31 millió USD) bevételt hozott, és 2013 ötödik legtöbb bevételt hozó filmje lett. A film több díjjelölést is begyűjtött Bhansali számára, köztük a legjobb film és a legjobb rendező jelölését a Filmfare-on. Ugyanebben az évben Bhansali debütált a televízióban a Gautam Rode és Jennifer Winget főszereplésével készült Saraswatichandra című sorozattal, amelyet később néhány epizód után elhagyott.
A következő évben ő készítette a Mary Kom című életrajzi sportfilmet Priyanka Chopra főszereplésével, amelyet a 2014-es Torontói Nemzetközi Filmfesztiválon mutattak be, és az első hindi film lett, amelyet a fesztivál nyitóestjén vetítettek. A film kereskedelmi és kritikai sikert is aratott, és számos elismerést kapott, valamint a legjobb filmnek járó Filmfare-díjra is jelölték. A 62. Nemzeti Filmdíjakon Bhansali egy másik Nemzeti díjat kapott a filmért, a legjobb egészséges szórakozást nyújtó népszerű filmnek járó díjat. 2015-ben ő készítette a Gabbar Is Back című akciódráma filmet Akshay Kumar főszereplésével, amely szintén kereskedelmi sikert aratott, és a kritikusok is pozitívan értékelték. Bhansali következő rendezése álmai projektje, a Bajirao Mastani (2015) című korabeli románc volt, amely I. Baji Rao Peshwa és második felesége, Mastani szerelmi történetén alapul. Ranveer Singh és Deepika Padukone játszották a címszerepet, míg Priyanka Chopra Bajirao első feleségét, Kashibai-t alakította. A filmet 2003-ban jelentették be, és folyamatosan a hírekben volt a szereposztás miatt, amelyben olyan színészek szerepeltek, mint Salman Khan, Shah Rukh Khan, Aishwarya Rai Bachchan, Kareena Kapoor és Rani Mukerji. I. Bajirao és Mastani leszármazottai nemtetszésüket fejezték ki a filmmel kapcsolatban, azt állítva, hogy Bhansali túlzott alkotói szabadsága őseik helytelen ábrázolását okozza. A Bombay-i Legfelsőbb Bírósághoz beadványt nyújtottak be a film felfüggesztése érdekében, de a Legfelsőbb Bíróság nem volt hajlandó beavatkozni a film bemutatásába. A film világszerte óriási kritikai elismerést kapott, és több forrás is a 2015-ös év legjobb filmjei közé sorolta. A vita ellenére a film minden idők egyik legnagyobb bevételt hozó indiai filmjévé vált. A film számos elismerést kapott a különböző indiai díjátadókon. A 63. Nemzeti Filmdíjakon a Bajirao Mastani hét díjat nyert, Bhansali pedig elnyerte a legjobb rendezőnek járó nemzeti díjat. A film 2016-ban szerepelt az Indiai Nemzetközi Filmfesztivál indiai panoráma szekciójában. A Bajirao Mastani-t választották India hivatalos nevezőjének a 74. Golden Globe-díjra a legjobb idegen nyelvű film kategóriában. A következő évben ő készítette a Laal Ishq című marathi filmet.
Bhansali rendezte a Padmaavat című korszakos drámafilmet, amelyet ő és a Viacom 18 Motion Pictures közösen készített, és amelyet szintén ő írt. A filmben Deepika Padukone a címszerepben Rani Padminit alakítja, Shahid Kapoor és Ranveer Singh mellett Rawal Ratan Singh és Alauddin Khalji címszerepében. A film 2017. januári dzsaipuri forgatása során a Shri Rajput Karni Sena tagjai a Jaigarh erődben lévő forgatásokon tiltakoztak, fizikailag megtámadták Bhansalit és a stáb tagjait, azt állítva, hogy a filmben történelmi tényeket hamisan és tévesen ábrázolt, és megpróbálták megrongálni a díszleteket is. 2017. március 6-án a Shri Rajput Karni Sena tagjai ismét megrongálták a Chittor erődöt, és összetörték a Rani Padmini palotájában felszerelt tükröket. 2017. március 15-én ismeretlen vandálok egy csoportja ismét megtámadta és felgyújtotta a film díszleteit Kolhapurban, aminek következtében a forgatási díszlet, a jelmezek és az ékszerek elégtek. A film a bemutatót követő első négy napban 30 millió dollárt keresett.
2021-ben Bhansali a Gangubai Kathiawadi című életrajzi, bűnügyi filmmel jelentkezik, amely Hussain Zaidi Mafia Queens of Mumbai című könyvének egy fejezetén alapul. A Gangubai Kothewali-ról szóló film főszereplője Alia Bhatt lesz Gangubai szerepében, és a tervek szerint 2021. július 30-án kerül a mozikba.