Peu après leur mariage, il se fait arrêter, et est enfermé à la prison de Tampa en Floride jusqu’en 1962. Il y rencontre sa future épouse, Dolorès Stone, qui lui donne un enfant.

Il est libéré en 1964 et part en tournée en Australie et en Nouvelle-Zélande. De retour à Los Angeles, il travaille au magasin de cigarettes de son père. Il devient l’ami de Gene Kelly et se lie d’amitié avec le danseur Jerome Robbins. Il rencontre aussi la danseuse Julia Milos et la chanteuse Dee Dee Bridgewater.

Il devient célèbre en 1965 lorsqu’il fait partie de la distribution de « West Side Story » qui marque sa première apparition à Broadway.

Il rencontre à la même époque une fille qui deviendra sa femme : Natalie Wood. Après leur séparation en 1968, il entre en relation avec Marilyn Monroe dont il devient l’ami pendant dix ans. En 1971, il fait partie de la distribution de « The Misadventures of Barney Phonebells », un film où Marilyn Monroe est devenue célèbre et est la seule femme à y apparaître. Mais il est surtout connu pour son rôle dans « Certains l’aiment chaud » en 1959 qui lui apporte la célébrité. Il est à l’affiche de ce film dans son propre rôle avec Louis Jordan.

Dans les années 1970, il rencontre sa deuxième femme : Susan Botsford avec qui il a une fille : Lily Rose. Ils divorcent en 1981.

Il est à l’affiche de « La Femme en noir », « La Mort d’un chanteur », « Le Grand Carnaval », « The Big Lebowsky » et « L’Affaire Thomas Crowne ».

Il devient célèbre en 1989 en interprétant un des rôles principaux dans « Les Sentiers de la gloire » de Polanski, aux côtés de Steven Spielberg. Il joue également dans le film de Steven Spielberg « Munich » et dans « Le Parrain ».

Il est à l’affiche de « Le Parrain », « The Godfather » et « The Godfather Part II », « Apocalypse Now », « The Conversation », « L’Homme tranquille » et « Les Blues Brothers ».

Il est à l’affiche du film « La Dernière Séance » de Claude Lelouch en 1980. Il interprète un personnage principal et il obtient un grand succès.

Il est à l’affiche du film « The Lords of Salem, » un film de 2013 dans lequel il est l’un des personnages. Il y joue un homme qui, sous les traits d’un loup-garou, est un ancien pasteur dont le fils est devenu un « loup-garou ».

Il joue dans des films comme « La Cité des Anges », « La Nuit de l’Iguane », « Les Blues Brothers », « Les Blues Brothers II », « L’Expert » ou encore « La Cité des Enfants perdus » de Luc Besson.

Il est à l’affiche du film « La dernière séance » de Claude Lelouch en 1971. Il y interprète un rôle dans une pièce de théâtre où il se travestit en femme. Il a été remarqué par Jacques Demy. Il joue dans « The Dirty Dozen », « Les Parapluies de Cherbourg » et « Les Parapluies de Cherbourg » de Michel Legrand, qui est son deuxième film avec Lelouch. Il y joue un chef de bande qui prend en otages des jeunes filles. Il se lie d’amitié avec le compositeur Michel Legrand et le cinéaste Louis Malle. Il a une liaison avec l’actrice Jane Birkin et elle lui donne un fils, Pierre. Il est à l’affiche du film de Pierre Granier-Deferre « Les Valseuses » en 1972. Il y joue un voleur qui séduit la fille du directeur de prison. Il est à l’affiche des « Charlots en folie : Les Remparts de ma Ville », « Les Gendres de la vengeance », « Les Gendres de la vengeance 2 », « Les Gendres de la vengeance 3 », « La Grande Bouffe », « La Vieille dame indignée », « La Bonne épouse », « La Grande bouffe », « Le Gendarme de Saint-Tropez », « La Grande bouffe », « Le Gendarme se marie », « La Vieille dame indignée » et « Les Gendarmes se marient » de Michel Deville. Il joue dans « Le Pique-nique de l’ange » et « Le Grand Saut » en 1974. Il interprète un chanteur de bar. Il est à l’affiche du film « Le Grand Bleu » de Luc Besson en 1988. Il y joue le rôle du personnage principal. Il obtient un grand succès grâce à ce rôle. Il a eu un rôle dans le film « Le Dernier Métro » de François Dupeyron en 1980. Il y joue un jeune homme qui aide une fille de la classe ouvrière. Il est à l’affiche du film « Les Bidasses en folie » en 1986. Il joue un soldat de l’armée française dans ce film.

Il est à l’affiche du film « La Vie privée de Sherlock Holmes » en 1970, en jouant le rôle de Sir Henry Baskerville. Il est à l’affiche du film « Les Liaisons dangereuses » de Stephen Frears en 1988. Il interprète le rôle de Lacheneur, un chef de famille très conservateur. Il est à l’affiche du film « Le Dos au Mur » de Philippe Labro en 1970. Il est à l’affiche du film « Les Valseuses » de Claude Autant-Lara en 1970. Il y joue le rôle de la fille de Marguerite. Il interprète le rôle d’un garçon de bar dans le film « La Bataille de San Fernando » de Pierre Schoendoerffer en 1971. Il joue dans « Les Gendarmes de Saint-Tropez » de Claude Zidi en 1973. Il y joue le rôle d’un policier de la ville de Saint-Tropez. Il joue dans « Les Valseuses » de Claude Autant-Lara en 1970. Il est à l’affiche du film « L’Epouvantail » de Claude Autant-Lara en 1970. Il interprète le rôle de Boulard qui est un étudiant de la faculté de médecine parisienne. Il joue dans le film « Les Liaisons dangereuses » de Stephen Frears en 1970. Il joue le rôle de Chabert. Il est à l’affiche du film « Le Gendarme de Saint-Tropez » de Jean Girault en 1964. Il y joue le rôle de Jean de Chavigny. Il est à l’affiche du film « L’Amour à mort » de Claude Autant-Lara en 1968. Il interprète le rôle de Monsieur Sax, le concierge. Il joue dans le film « Les Gendarmes de Saint-Tropez » de Claude Autant-Lara en 1970. Il est à l’affiche du film « Les Gendarmes se marient » de Michel Deville en 1968. Il joue le rôle de Rousselin. Il joue dans le film « Les Bidasses en folie » en 1986. Il joue le rôle de Roussel. Il y joue le rôle de Grégoire. Il joue dans le film « Les Gendarmes se marient » de Michel Deville en 1968. Il est à l’affiche du film « Les Gendarmes de Saint-Tropez » de Claude Autant-Lara en 1970. Il joue le rôle de Chavigny.