Bhansali ha iniziato la sua carriera come assistente di Vidhu Vinod Chopra e ha partecipato alla realizzazione di Parinda, 1942: A Love Story e Kareeb. Tuttavia, hanno avuto un litigio quando Bhansali ha rifiutato di dirigere Kareeb. Nel 1996, ha fatto il suo debutto alla regia con Khamoshi: The Musical, la narrazione commercialmente non riuscita ma acclamata dalla critica della lotta di una figlia per comunicare con i suoi genitori sordomuti. Il film ha guadagnato il premio della critica per il miglior film al Filmfare. È salito alla ribalta nel cinema indiano con una storia d’amore triangolare, Hum Dil De Chuke Sanam, con Aishwarya Rai, Salman Khan e Ajay Devgan, che ha stabilito il suo timbro individuale per lo splendore visivo e la creazione di auree di celebrazione e festa. Il film è stato presentato in anteprima nella sezione Panorama indiano all’International Film Festival of India del 1999. Fu un grande successo commerciale e di critica, e vinse numerosi premi tra cui quattro National Awards e nove Filmfare Awards.
Il suo film successivo, Devdas, con Shah Rukh Khan, Aishwarya Rai e Madhuri Dixit, fu l’ode di Bhansali all’omonimo romanzo, che divenne il film di maggior incasso del 2002. Il film ha anche ricevuto il plauso unanime della critica e ha vinto tutti i maggiori riconoscimenti alla Filmfare, emergendo come il film più premiato della Filmfare, (a pari merito con Dilwale Dulhania Le Jayenge del 1995). Al 50° National Film Awards, ha vinto cinque premi tra cui quello per il miglior film popolare che offre un intrattenimento sano. Ha ricevuto una nomination per il miglior film straniero ai British Academy of Film & Television Awards (BAFTA). È stato il candidato dell’India all’Oscar per il miglior film straniero. Il film è stato anche proiettato al Festival di Cannes del 2002. Si è classificato ottavo nella classifica della rivista Time “The 10 Greatest Movies of the Millennium (Thus Far)”. Il suo film successivo, Black, con Amitabh Bachchan e Rani Mukerji, ha battuto il suo stesso record di tutti i tempi di Devdas, raccogliendo undici premi, il più alto numero di premi mai assegnati a un singolo film alla Filmfare. Si è classificato quinto nella classifica dei “10 migliori film dell’anno 2005” di Time (Europa) tra i film di tutto il mondo. Al 53° National Film Awards, ha ricevuto il suo secondo premio nazionale per il miglior lungometraggio in Hindi. Hum Dil De Chuke Sanam, Devdas e Black gli sono valsi molteplici premi come miglior regista e miglior film al Filmfare, quest’ultimo ha anche ricevuto un ulteriore premio della critica come miglior film. Nel 2006, Bhansali ha partecipato come giudice al reality show Jhalak Dikhhla Jaa al fianco di Farah Khan e Shilpa Shetty.
Il film successivo di Bhansali, Saawariya (uscito nel 2007), è stato accolto da aspre critiche e scarsi incassi al botteghino. Nel 2008, Bhansali mette in scena l’opera Padmavati, un adattamento del balletto del 1923 scritto da Albert Roussel. Lo spettacolo ha debuttato a Parigi al prestigioso Théâtre du Châtelet e successivamente al Festival dei Due Mondi, dove ha ricevuto “quindici minuti di standing ovation e sette chiamate di sipario alla fine del primo spettacolo”. Bhansali ha ricevuto molti commenti positivi dalla critica internazionale per il suo lavoro. Nel 2010, Bhansali ha rilasciato Guzaarish, con Hrithik Roshan e Aishwarya Rai, in cui ha anche fatto il suo debutto nella direzione musicale. Il film ha ricevuto recensioni da positive a miste da parte della critica, ma non ha potuto ottenere buoni risultati al botteghino. Guzaarish gli è valso una nomination come miglior regista al Filmfare. Nel 2011, è diventato un giudice del talent show musicale indiano X Factor India Season 1. Lo stesso anno, ha prodotto anche il film commedia musicale My Friend Pinto, che ha anche ricevuto recensioni miste e ha affondato al botteghino. Nel 2012, Bhansali ha prodotto Rowdy Rathore, un remake del film telugu Vikramarkudu, con Akshay Kumar e Sonakshi Sinha e diretto da Prabhu Deva. Il film ha ricevuto recensioni miste dalla critica ed è diventato un grande successo commerciale, Box Office India lo ha etichettato come un film blockbuster. L’anno successivo, ha prodotto Shirin Farhad Ki Toh Nikal Padi che ha anche ricevuto recensioni miste, ma non ha potuto ottenere buoni risultati al botteghino.
Nel 2013, Bhansali ha diretto Goliyon Ki Raasleela Ram-Leela, un adattamento del Romeo e Giulietta di Shakespeare, con Ranveer Singh e Deepika Padukone . Alcuni gruppi religiosi si sono opposti al film sostenendo che il precedente titolo Ramleela era fuorviante, perché il film non aveva nulla a che fare con il Ramlila, la tradizionale rappresentazione della vita e della storia della divinità indù, Lord Rama. L’uscita del film era stata sospesa dall’Alta Corte di Delhi a causa della controversia sul titolo, sostenendo che il film ferisse i sentimenti religiosi degli indù. Più tardi il titolo del film è stato cambiato in Goliyon ki Rasleela Ram-Leela, e alla fine è uscito in India come previsto. Tuttavia, dopo una settimana di uscita, il tribunale di Lucknow dell’Alta Corte di Allahabad ha vietato l’uscita del film nell’Uttar Pradesh. Nonostante la controversia e l’uscita limitata, il film ha aperto con il plauso della critica e forti incassi in tutto il mondo, guadagnando alla fine 2,02 miliardi di euro (31 milioni di dollari) ed emergendo come il quinto film di maggior incasso del 2013. Il film ha ottenuto diverse nomination per Bhansali, tra cui quelle per il miglior film e il miglior regista al Filmfare. Lo stesso anno, Bhansali ha debuttato in televisione con lo show Saraswatichandra, con Gautam Rode e Jennifer Winget, che ha poi lasciato dopo pochi episodi.
L’anno successivo, ha prodotto il film sportivo biografico Mary Kom con Priyanka Chopra, che ha debuttato al Toronto International Film Festival 2014, diventando il primo film hindi ad essere proiettato nella serata di apertura del festival. Il film è diventato un successo sia commerciale che di critica e ha ricevuto vari riconoscimenti insieme alla nomination come miglior film al Filmfare. Al 62° National Film Awards, Bhansali ha ricevuto un altro National Award per il miglior film popolare che offre un intrattenimento sano per il film. Nel 2015, ha prodotto il film drammatico d’azione Gabbar Is Back con Akshay Kumar, che è emerso anche come un successo commerciale con recensioni positive dalla critica. La successiva impresa registica di Bhansali è stato il suo progetto da sogno, il period romance Bajirao Mastani (2015), basato sulla storia d’amore tra Peshwa Baji Rao I e la sua seconda moglie Mastani. Ranveer Singh e Deepika Padukone hanno interpretato i ruoli del titolo, mentre Priyanka Chopra ha interpretato la prima moglie di Bajirao, Kashibai. Il film è stato annunciato nel 2003 ed è stato costantemente nelle notizie per quanto riguarda il cast, tra cui attori come Salman Khan, Shah Rukh Khan, Aishwarya Rai Bachchan, Kareena Kapoor e Rani Mukerji. I discendenti di Bajirao I e Mastani hanno espresso la loro disapprovazione per questo film, sostenendo che l’eccessiva libertà creativa di Bhansali ha causato un’errata rappresentazione dei loro antenati. Una petizione è stata presentata all’Alta Corte di Bombay per chiedere una sospensione del film, ma l’Alta Corte ha rifiutato di interferire con la sua uscita. Ha ricevuto un enorme successo di critica in tutto il mondo ed è stato elencato tra i migliori film del 2015 da diverse fonti. Nonostante le controversie, il film è emerso come uno dei film indiani di maggior incasso di tutti i tempi. Il film ha ricevuto molti riconoscimenti in varie cerimonie di premiazione in India. Al 63° National Film Awards, Bajirao Mastani ha vinto sette premi e Bhansali ha vinto il premio nazionale per il miglior regista. Il film è stato presentato alla sezione Panorama indiano 2016 dell’International Film Festival of India. Bajirao Mastani è stato selezionato come voce ufficiale dell’India per il miglior film in lingua straniera per il 74° Golden Globe Awards. L’anno successivo, ha prodotto il film marathi Laal Ishq.
Bhansali ha diretto il film drammatico d’epoca Padmaavat, prodotto congiuntamente da lui e Viacom 18 Motion Pictures, e anche scritto da lui. Il film presenta Deepika Padukone nel ruolo principale di Rani Padmini, accanto a Shahid Kapoor e Ranveer Singh nei ruoli di Rawal Ratan Singh e Alauddin Khalji rispettivamente. Durante le riprese del film nel gennaio 2017 a Jaipur, i membri dello Shri Rajput Karni Sena hanno protestato sui set a Jaigarh Fort, hanno attaccato fisicamente Bhansali e i membri della sua troupe, sostenendo che ha travisato i fatti storici e li ha raffigurati erroneamente nel film, e hanno anche cercato di vandalizzare i set. Il 6 marzo 2017, membri di Shri Rajput Karni Sena hanno di nuovo vandalizzato il Forte di Chittor e hanno rotto gli specchi installati nel palazzo di Rani Padmini. Il 15 marzo 2017, un gruppo di vandali non identificati ha nuovamente attaccato e dato fuoco ai set di questo film a Kolhapur che ha portato a bruciare il set di produzione, i costumi e i gioielli. Il film ha guadagnato 30 milioni di dollari nei primi quattro giorni dopo la sua uscita.
Nel 2021, Bhansali sta per arrivare con Gangubai Kathiawadi, un film biografico e criminale basato su un capitolo del libro di Hussain Zaidi Mafia Queens of Mumbai. Il film su Gangubai Kothewali, con Alia Bhatt nel ruolo di Gangubai, è previsto in uscita il 30 luglio 2021.