克里斯托弗诺兰的首部导演作品是1996年拍摄的故事片《追随》，成本大约是3500英镑，却在旧金山电影节获得最佳处女作奖。整部电影的演员和工作人员几乎都是兼职完成了这一部70分钟的黑白电影。

2000年，诺兰根据弟弟乔纳森·诺兰的短篇小说《MementoMori》改编执导了第二部个人影片《记忆碎片》，并且该片被提名奥斯卡最佳原创剧本、以及最佳电影剪辑。

从2005年开始，诺兰开始执导蝙蝠侠三部曲系列影片，由克里斯蒂安·贝尔主演，分别是《蝙蝠侠：侠影之谜》（2005年6月15日公映，全球票房3.52亿美元）、《蝙蝠侠：黑暗骑士》（2008年7月18日公映，全球票房10.02亿美元）、《蝙蝠侠：黑暗骑士崛起》（2012年7月20日公映，全球票房10.82亿美元），蝙蝠侠三部曲也被誉为最出色的超级英雄系列电影，在票房和口碑上均大获成功，尤其第二部《蝙蝠侠：黑暗骑士》更是豆瓣评分9.1、IMDB评分9.0，稳居超级英雄系列影片首位。

在《侠影之谜》与《黑暗骑士》之间，诺兰又执导了一部同样由弟弟乔纳森诺兰编剧的奇幻影片《致命魔术》，由克里斯蒂安·贝尔、“狼叔”休杰克曼、“寡姐”斯嘉丽主演，该片于2006年10月20日上映。

2010年，诺兰又推出重磅科幻巨制由莱昂纳多、汤姆哈迪等主演的《盗梦空间》，该片也被提名奥斯卡最佳影片，最终斩获8.3亿美元的票房成绩，目前豆瓣评分9.3稳居豆瓣科幻片口碑榜首位。

2013年，诺兰与弟弟再次联手推出了一部原创科幻冒险电影《星际穿越》，该片由马修麦康纳、安妮海瑟薇所主演，并且首次在电影中实现了五维空间的呈现。

2017年，诺兰首次尝试战争题材电影，推出了根据二战历史事件改编的影片《敦刻尔克》，最终获得奥斯卡最佳剪辑、最佳声音效果以及最佳音效剪辑三个奖项，并提名了最佳影片。