Bhansali začal svou kariéru jako asistent Vidhu Vinoda Chopry a podílel se na natáčení filmu Parinda, 1942: A Love Story a Kareeb. Pohádali se však, když Bhansali odmítl režírovat Kareeb. V roce 1996 debutoval jako režisér snímkem Khamoshi: The Musical, komerčně neúspěšným, ale kritikou oceňovaným vyprávěním o snaze dcery komunikovat se svými hluchoněmými rodiči. Film získal Cenu kritiků za nejlepší film na Filmfare. V indické kinematografii se prosadil trojúhelníkovým milostným příběhem Hum Dil De Chuke Sanam s Aishwaryou Rai, Salmanem Khanem a Ajayem Devganem, který mu vtiskl osobitý punc vizuální nádhery a vytváření aury oslav a slavností. Film měl premiéru v sekci Indické panorama na Mezinárodním filmovém festivalu v Indii v roce 1999. Zaznamenal velký komerční i kritický úspěch a získal řadu ocenění včetně čtyř národních cen a devíti cen Filmfare Awards.
Jeho další film Devdas s Shah Rukh Khanem, Aishwaryou Rai a Madhuri Dixit v hlavních rolích byl Bhansaliho ódou na stejnojmenný román, který se stal nejvýdělečnějším filmem roku 2002. Film také získal jednomyslné uznání kritiků a získal všechna hlavní ocenění na Filmfare, čímž se stal nejoceňovanějším filmem na Filmfare, (vyrovnaný s Dilwale Dulhania Le Jayenge z roku 1995). Na 50. ročníku udílení národních filmových cen získal pět cen včetně ceny za nejlepší populární film poskytující plnohodnotnou zábavu. Na cenách Britské filmové akademie &televizních cen (BAFTA) získal nominaci na nejlepší zahraniční film. Byl indickým kandidátem na Oscara za nejlepší cizojazyčný film. Film byl také promítán na filmovém festivalu v Cannes v roce 2002. V žebříčku časopisu Time „10 nejlepších filmů tisíciletí (dosud)“ se umístil na osmém místě. Jeho další film Black s Amitabhem Bachchanem a Rani Mukerji v hlavních rolích překonal vlastní rekord filmu Devdas, když získal jedenáct ocenění, což je nejvyšší počet cen udělených jednomu filmu na Filmfare. V žebříčku časopisu Time (Europe) „10 nejlepších filmů roku 2005“ se mezi filmy z celého světa umístil na pátém místě. Na 53. ročníku Národních filmových cen získal svou druhou národní cenu za nejlepší celovečerní film v hindštině. Filmy Hum Dil De Chuke Sanam, Devdas a Black mu vynesly několikanásobné ocenění za nejlepší režii a nejlepší film na Filmfare, poslední jmenovaný získal také dodatečnou cenu kritiků za nejlepší film. V roce 2006 se Bhansali zúčastnil jako porotce televizní reality show Jhalak Dikhhla Jaa po boku Farah Khana a Shilpy Shetty.
Bhansaliho další film Saawariya (uveden v roce 2007) se setkal s ostrou kritikou a slabými tržbami v pokladnách kin. V roce 2008 Bhansali nastudoval operu Padmavati, adaptaci baletu Alberta Roussela z roku 1923. Představení mělo premiéru v Paříži v prestižním Théâtre du Châtelet a následně na Festivalu dei Due Mondi, kde se mu dostalo „patnáctiminutového potlesku vestoje a sedmi provolání opony na konci prvního představení“. Bhansali za své dílo obdržel mnoho pozitivních komentářů od mezinárodních kritiků. V roce 2010 Bhansali uvedl film Guzaarish s Hrithikem Roshanem a Aishwaryou Rai v hlavních rolích, v němž debutoval také jako hudební režisér. Film získal od kritiků pozitivní až smíšené recenze, ale v pokladnách kin se mu příliš nedařilo. Guzaarish mu vynesl nominaci na cenu Filmfare za nejlepší režii. V roce 2011 se stal porotcem indické hudební talentové show X Factor India Season 1. Ve stejném roce také produkoval hudební komedii Můj přítel Pinto, která rovněž získala smíšené recenze a propadla se v pokladnách kin. V roce 2012 Bhansali produkoval film Rowdy Rathore, remake telugského filmu Vikramarkudu, v němž hráli Akshay Kumar a Sonakshi Sinha a který režíroval Prabhu Deva. Film získal smíšené hodnocení kritiků a stal se velkým komerčním úspěchem, Box Office India jej označil za filmový trhák. Následující rok produkoval film Shirin Farhad Ki Toh Nikal Padi, který se také setkal se smíšenými recenzemi, ale v pokladnách kin se mu příliš nedařilo.
V roce 2013 natočil Bhansali film Goliyon Ki Raasleela Ram-Leela, adaptaci Shakespearova Romea a Julie, v níž si hlavní role zahráli Ranveer Singh a Deepika Padukone . Některé náboženské skupiny se proti filmu postavily s tvrzením, že původní název Ramleela je zavádějící, protože film nemá nic společného s Ramlilou, tradičním ztvárněním života a příběhu hinduistického božstva, Pána Rámy. Vrchní soud v Dillí pozastavil uvedení filmu do kin kvůli kontroverzi ohledně jeho názvu s tím, že film zraňuje náboženské cítění hinduistů. Později byl název filmu změněn na Goliyon ki Rasleela Ram-Leela a nakonec byl v Indii uveden podle plánu. Po týdnu od uvedení však soudní senát Nejvyššího soudu v Luknádu zakázal uvedení filmu v Uttarpradéši. Navzdory kontroverzi a omezenému uvedení do kin se film setkal s příznivým ohlasem kritiky a silnými kasovními tržbami po celém světě, nakonec vydělal ₹2,02 miliardy (31 milionů USD) a stal se pátým nejvýdělečnějším filmem roku 2013. Film vynesl Bhansalímu několik nominací na ceny, včetně nominací na cenu Filmfare za nejlepší film a režii. V témže roce Bhansali debutoval v televizi seriálem Saraswatichandra s Gautamem Rodem a Jennifer Wingetovou v hlavních rolích, který později po několika epizodách opustil.
Následující rok produkoval životopisný sportovní film Mary Kom s Priyankou Choprou v hlavní roli, který měl premiéru na Mezinárodním filmovém festivalu v Torontu v roce 2014 a stal se prvním hindským filmem, který byl promítán v zahajovací večer festivalu. Film se stal komerčním i kritickým úspěchem a získal různá ocenění spolu s nominací na nejlepší film na Filmfare. Na 62. ročníku National Film Awards získal Bhansali za film další národní cenu za nejlepší populární film poskytující plnohodnotnou zábavu. V roce 2015 produkoval akční drama Gabbar se vrací s Akshayem Kumarem v hlavní roli, které se rovněž stalo komerčně úspěšné a kritika ho hodnotila kladně. Dalším Bhansaliho režijním počinem byl jeho vysněný projekt, dobová romance Bajirao Mastani (2015), založená na příběhu lásky mezi Peshwa Baji Rao I. a jeho druhou manželkou Mastani. V hlavních rolích se představili Ranveer Singh a Deepika Padukone, zatímco Priyanka Chopra hrála Bajiraovu první manželku Kashibai. Film byl ohlášen v roce 2003 a neustále se o něm psalo v souvislosti s hereckým obsazením, v němž se objevili například Salman Khan, Shah Rukh Khan, Aishwarya Rai Bachchan, Kareena Kapoor a Rani Mukerji. Potomci Bajirao I. a Mastani vyjádřili svůj nesouhlas s tímto filmem a tvrdili, že přílišná Bhansaliho tvůrčí svoboda způsobila nesprávné zobrazení jejich předků. U Bombajského nejvyššího soudu byla podána žádost o pozastavení filmu, ale nejvyšší soud odmítl zasahovat do jeho uvedení. Film získal obrovské uznání kritiků po celém světě a podle několika zdrojů byl zařazen mezi nejlepší filmy roku 2015. Navzdory kontroverzi se film stal jedním z nejvýdělečnějších indických filmů všech dob. Film získal řadu ocenění na různých indických ceremoniálech. Na 63. ročníku udílení národních filmových cen získal Bajirao Mastani sedm ocenění a Bhansali získal národní cenu za nejlepší režii. Film byl v roce 2016 uveden v sekci Indické panorama na Mezinárodním filmovém festivalu v Indii. Bajirao Mastani byl vybrán jako oficiální indický kandidát na 74. ročník udílení Zlatých glóbů v kategorii Nejlepší cizojazyčný film. Následující rok produkoval maráthský film Laal Ishq.
Bhansali režíroval dobové drama Padmaavat, které produkoval společně se společností Viacom 18 Motion Pictures a k němuž také napsal scénář. V titulní roli Rani Padmini se představí Deepika Padukone a vedle ní Shahid Kapoor a Ranveer Singh v titulních rolích Rawala Ratana Singha, respektive Alauddina Khaljiho. Během natáčení filmu v lednu 2017 v Džajpuru protestovali členové Šrí Rádžput Karni Seny na natáčení v pevnosti Džajgarh, fyzicky napadli Bhansalího a členy jeho štábu a tvrdili, že ve filmu zkresluje historická fakta a zobrazuje je chybně, a také se pokusili zdemolovat natáčení. Dne 6. března 2017 členové Šrí Rádžput Karni Seny opět demolovali pevnost Čittor a rozbili zrcadla instalovaná v paláci Rani Padmini. Dne 15. března 2017 skupina neznámých vandalů opět napadla a zapálila kulisy tohoto filmu v Kolhapuru, což vedlo ke spálení produkčních kulis, kostýmů a šperků. Film během prvních čtyř dnů po uvedení do kin vydělal 30 milionů dolarů.
V roce 2021 Bhansali chystá Gangubai Kathiawadi, životopisný, kriminální film natočený podle kapitoly knihy Hussaina Zaidiho Mafiánské královny Bombaje. Ve filmu o Gangubai Kothewali se v roli Gangubai představí Alia Bhatt a jeho premiéra je naplánována na 30. července 2021.
.