Bhansali aloitti uransa Vidhu Vinod Chopran assistenttina, ja hän oli muun muassa mukana tekemässä elokuvaansa Parindaa, joka ilmestyi 1942: A Love Story ja Kareeb. He kuitenkin riitaantuivat, kun Bhansali kieltäytyi ohjaamasta Kareebiä. Vuonna 1996 hän debytoi ohjaajana elokuvalla Khamoshi: The Musical, joka oli kaupallisesti epäonnistunut mutta kriitikoiden ylistämä kertomus tyttären kamppailusta kommunikoida kuuromykkien vanhempiensa kanssa. Elokuva sai Filmfaren parhaan elokuvan kriitikoiden palkinnon. Hän nousi intialaisessa elokuvataiteessa tunnetuksi Aishwarya Rain, Salman Khanin ja Ajay Devganin tähdittämän kolmiulotteisen rakkaustarinan Hum Dil De Chuke Sanam myötä, joka vakiinnutti hänen yksilöllisen leimansa visuaaliselle loistolle ja juhlallisuuden ja juhlallisuuden ilmapiirin luomiselle. Elokuva sai ensi-iltansa Intian kansainvälisten elokuvajuhlien Panorama-osiossa vuonna 1999. Se oli suuri kaupallinen ja kriittinen menestys, ja se voitti lukuisia palkintoja, muun muassa neljä kansallista palkintoa ja yhdeksän Filmfare-palkintoa.
Hänen seuraava elokuvansa, Shah Rukh Khanin, Aishwarya Rain ja Madhuri Dixitin tähdittämä Devdas oli Bhansalin oodi samannimiselle romaanille, josta tuli vuoden 2002 tuottoisin elokuva. Elokuva sai myös kriitikoilta yksimielistä suosiota, ja se voitti kaikki Filmfaren tärkeimmät palkinnot ja nousi Filmfaren palkituimmaksi elokuvaksi (tasapisteissä vuoden 1995 Dilwale Dulhania Le Jayengen kanssa). 50. kansallisissa elokuvapalkinnoissa se voitti viisi palkintoa, muun muassa parhaan kansanelokuvan, joka tarjoaa terveellistä viihdettä. Se sai ehdokkuuden parhaasta ulkomaisesta elokuvasta British Academy of Film & Television Awardsissa (BAFTA). Se oli Intian ehdotus parhaan vieraskielisen elokuvan Oscar-palkinnon saajaksi. Elokuva esitettiin myös Cannesin elokuvajuhlilla vuonna 2002. Se sijoittui kahdeksanneksi Time-lehden ”The 10 Greatest Movies of the Millennium (Thus Far)” -listalla. Hänen seuraava elokuvansa Black, jota tähdittivät Amitabh Bachchan ja Rani Mukerji, rikkoi Devdas-elokuvan oman ennätyksensä keräämällä yksitoista palkintoa, joka on korkein koskaan yhdelle elokuvalle Filmfaren järjestämä palkintojen määrä. Se sijoittui viidenneksi Time (Europe) -lehden ”Vuoden 2005 10 parasta elokuvaa” -listalla eri puolilta maailmaa tulevien elokuvien joukossa. 53. kansallisissa elokuvapalkinnoissa hän sai toisen kansallisen palkintonsa parhaasta hindinkielisestä näytelmäelokuvasta. Hum Dil De Chuke Sanam, Devdas ja Black toivat hänelle useita parhaan ohjaajan ja parhaan elokuvan palkintoja Filmfaressa, jälkimmäinen sai lisäksi kriitikoiden palkinnon parhaasta elokuvasta. Vuonna 2006 Bhansali osallistui tuomarina tosi-tv-ohjelmaan Jhalak Dikhhla Jaa yhdessä Farah Khanin ja Shilpa Shettyn kanssa.
Bhansalin seuraava elokuva Saawariya (ilmestyi vuonna 2007) sai osakseen jyrkkää kritiikkiä ja huonoja lipputuloja. Vuonna 2008 Bhansali lavasti oopperan Padmavati, joka on sovitus Albert Rousselin vuonna 1923 kirjoittamasta baletista. Esitys sai ensi-iltansa Pariisissa arvostetussa Théâtre du Châtelet’ssa ja seuraavaksi Festival dei Due Mondi -festivaalilla, jossa se sai ”viisitoista minuuttia seisovia aplodeja ja seitsemän esirippuhuutoa ensimmäisen esityksen lopussa”. Bhansali sai teoksestaan paljon myönteisiä kommentteja kansainvälisiltä kriitikoilta. Vuonna 2010 Bhansali julkaisi Hrithik Roshanin ja Aishwarya Rain tähdittämän Guzaarishin, jossa hän debytoi myös musiikinohjaajana. Elokuva sai kriitikoilta myönteisiä tai ristiriitaisia arvioita, mutta ei menestynyt hyvin lipputuloissa. Guzaarish toi hänelle parhaan ohjaajan ehdokkuuden Filmfaressa. Vuonna 2011 hänestä tuli tuomari intialaisessa musiikillisessa kykyjenetsintäohjelmassa X Factor India Season 1. Samana vuonna hän tuotti myös musiikkikomediaelokuvan My Friend Pinto, joka sai myös vaihtelevia arvosteluja ja epäonnistui lipputuloissa. Vuonna 2012 Bhansali tuotti Rowdy Rathoren, Telugu-elokuvan Vikramarkudu uusintaversion, jonka pääosissa olivat Akshay Kumar ja Sonakshi Sinha ja jonka ohjasi Prabhu Deva. Elokuva sai kriitikoilta vaihtelevia arvioita ja siitä tuli suuri kaupallinen menestys, Box Office India leimasi sen blockbuster-elokuvaksi. Seuraavana vuonna hän tuotti Shirin Farhad Ki Toh Nikal Padi -elokuvan, joka sai myös vaihtelevia arvosteluja, mutta ei menestynyt hyvin lipputuloissa.
Vuonna 2013 Bhansali ohjasi Goliyon Ki Raasleela Ram-Leelan, joka on sovitus Shakespearen Romeo ja Julia -näytelmästä, pääosissa Ranveer Singh ja Deepika Padukone . Jotkut uskonnolliset ryhmät vastustivat elokuvaa väittäen, että entinen nimi Ramleela oli harhaanjohtava, koska elokuvalla ei ollut mitään tekemistä Ramlilan kanssa, joka on perinteinen esitys hindujumalan, lordi Raman elämästä ja tarinasta. Delhin korkein oikeus oli lykännyt elokuvan julkaisua sen nimestä syntyneen kiistan vuoksi, koska se väitti elokuvan loukkaavan hindujen uskonnollisia tunteita. Myöhemmin elokuvan nimi muutettiin muotoon Goliyon ki Rasleela Ram-Leela, ja se julkaistiin Intiassa aikataulun mukaisesti. Viikon kuluttua julkaisusta Allahabadin korkeimman oikeuden Lucknowin penkki kuitenkin kielsi elokuvan julkaisun Uttar Pradeshissa. Kiistasta ja rajoitetusta julkaisusta huolimatta elokuva avautui kriitikoiden suosionosoitusten ja vahvojen lipputulojen saattelemana maailmanlaajuisesti, tienaten lopulta ₹2,02 miljardia (31 miljoonaa Yhdysvaltain dollaria) ja nousten vuoden 2013 viidenneksi eniten tuottaneeksi elokuvaksi. Elokuva keräsi Bhansalille useita palkintoehdokkuuksia, kuten parhaan elokuvan ja parhaan ohjaajan ehdokkuudet Filmfaressa. Samana vuonna Bhansali debytoi televisiossa Gautam Roden ja Jennifer Wingetin tähdittämässä Saraswatichandra-sarjassa, jonka hän myöhemmin jätti muutaman jakson jälkeen.
Seuraavana vuonna hän tuotti Priyanka Chopran tähdittämän elämäkerrallisen urheiluelokuvan Mary Kom, joka sai ensi-iltansa Toronton kansainvälisillä elokuvajuhlilla 2014, ja siitä tuli ensimmäinen festivaalien avajaisiltana esitettävä hindielokuva. Elokuvasta tuli sekä kaupallinen että kriittinen menestys, ja se sai useita tunnustuksia sekä parhaan elokuvan ehdokkuuden Filmfaressa. 62. kansallisissa elokuvapalkinnoissa Bhansali sai elokuvasta toisen kansallisen palkinnon parhaasta terveellistä viihdettä tarjoavasta suosikkielokuvasta. Vuonna 2015 hän tuotti Akshay Kumarin tähdittämän toimintadraamaelokuvan Gabbar Is Back, joka myös nousi kaupalliseksi menestykseksi ja sai kriitikoilta positiivisia arvioita. Bhansalin seuraava ohjaustyö oli hänen unelmaprojektinsa, ajanjaksoromantiikka Bajirao Mastani (2015), joka perustuu Peshwa Baji Rao I:n ja hänen toisen vaimonsa Mastanin rakkaustarinaan. Ranveer Singh ja Deepika Padukone näyttelivät nimirooleissa, kun taas Priyanka Chopra esitti Bajiraon ensimmäistä vaimoa Kashibainia. Elokuva julkistettiin vuonna 2003 ja se oli jatkuvasti uutisissa näyttelijäkaartin osalta, johon kuuluivat muun muassa Salman Khan, Shah Rukh Khan, Aishwarya Rai Bachchan, Kareena Kapoor ja Rani Mukerji. Bajirao I:n ja Mastanin jälkeläiset ilmaisivat paheksuvansa elokuvaa ja väittivät Bhansalin käyttäneen liiallista luovaa vapautta, joka aiheuttaisi heidän esi-isiensä vääränlaisen kuvauksen. Bombayn korkeimmalle oikeudelle jätettiin vetoomus, jossa haettiin lykkäystä elokuvalle, mutta korkein oikeus kieltäytyi puuttumasta sen julkaisuun. Elokuva sai valtavaa kriittistä suosiota ympäri maailmaa, ja useat lähteet listasivat sen vuoden 2015 parhaiden elokuvien joukkoon. Kiistasta huolimatta elokuva nousi yhdeksi kaikkien aikojen tuottoisimmista intialaisista elokuvista. Elokuva sai useita tunnustuksia eri palkintoseremonioissa Intiassa. 63. kansallisissa elokuvapalkinnoissa Bajirao Mastani voitti seitsemän palkintoa ja Bhansali voitti parhaan ohjaajan kansallisen palkinnon. Elokuva oli esillä vuoden 2016 Intian kansainvälisten elokuvafestivaalien Intian panoraama -osastolla. Bajirao Mastani valittiin Intian viralliseksi ehdokkaaksi parhaasta vieraskielisestä elokuvasta 74. Golden Globe -palkinnon saajaksi. Seuraavana vuonna hän tuotti marathi-elokuvan Laal Ishq.
Bhansali ohjasi hänen ja Viacom 18 Motion Picturesin yhdessä tuottaman ja myös käsikirjoittaman periodidraamaelokuvan Padmaavat. Elokuvassa nähdään Deepika Padukone nimiroolissa Rani Padminina sekä Shahid Kapoor ja Ranveer Singh Rawal Ratan Singhin ja Alauddin Khaljin nimirooleissa. Elokuvan kuvausten aikana tammikuussa 2017 Jaipurissa Shri Rajput Karni Sena -järjestön jäsenet osoittivat mieltään kuvauspaikalla Jaigarhin linnoituksessa, hyökkäsivät fyysisesti Bhansalin ja hänen kuvausryhmänsä jäsenten kimppuun väittäen, että Bhansali vääristeli historiallisia tosiasioita ja kuvasi niitä virheellisesti elokuvassa, ja yrittivät myös tuhota kuvauspaikan. 6. maaliskuuta 2017 Shri Rajput Karni Sena -järjestön jäsenet vandalisoivat jälleen Chittorin linnoitusta ja rikkoivat Rani Padminin palatsiin asennetut peilit. Maaliskuun 15. päivänä 2017 joukko tuntemattomia vandaaleja hyökkäsi jälleen Kolhapurissa tämän elokuvan lavasteiden kimppuun ja sytytti ne tuleen, minkä seurauksena lavasteet, puvut ja korut paloivat. Elokuva tuotti 30 miljoonaa dollaria neljänä ensimmäisenä päivänä julkaisunsa jälkeen.
Vuonna 2021 Bhansali on tulossa Gangubai Kathiawadi -elämäkerrallisella rikoselokuvalla, joka perustuu Hussain Zaidin Mafia Queens of Mumbai -kirjan yhteen lukuun. Gangubai Kothewalista kertovan elokuvan pääosassa on Alia Bhatt Gangubain roolissa, ja sen on määrä ilmestyä 30. heinäkuuta 2021.