En 1983 dirigió su primer mediometraje en 16 mm, Paesaggio con figure, que, junto con Giulia en Octubre, recibió reconocimiento en varios festivales nacionales e internacionales. En 1984 fundó la productora Monogatari con sus colaboradores más cercanos. A partir de 1985, con Voci celate, comenzó a trabajar como documentalista y en 1990 se estrenó su primer largometraje, L’aria serena dell’ovest. La película alcanzó un considerable éxito de público, se presentó en competición en el Festival de Locarno, ganó la Grolla d’Oro al Mejor Guion en Saint-Vincent y recibió el Gran Premio en el Festival de Annecy.

En 1993, Un’anima divisa in due fue seleccionada para el Festival de Cine de Venecia, donde Fabrizio Bentivoglio ganó el premio al Mejor Actor y Soldini recibió la Grolla d’Oro al Mejor Director. En 1997, dirigió Le acrobate, que compitió en los festivales de Locarno y San Francisco, ganó premios en los Rencontres Internationales de Cinéma en París y le valió a Valeria Golino una Grolla d'Oro. En 2000, alcanzó un gran éxito de crítica y comercial con Pane e tulipani, una película que obtuvo aclamación internacional en Suiza, Alemania, Argentina, Brasil y más allá. La película ganó 9 premios David di Donatello, 5 Nastri d'Argento, 9 Ciak d'Oro y recibió 3 nominaciones a los Premios de la Academia Europea. En 2002, dirigió Brucio nel vento, basada en la novela Ieri de Agota Kristof, filmada entre Suiza y la República Checa, y presentada en competencia en el Festival de Cine de Berlín. La película recibió ocho nominaciones al David di Donatello. En 2004, realizó Agata e la tempesta, protagonizada por Licia Maglietta y Giuseppe Battiston, marcando un regreso a la comedia después de Pane e tulipani, con muchos personajes y colores vibrantes, en una atmósfera menos de cuento de hadas y más surrealista.

En 2007, Giorni e nuvole ganó el Premio del Público en el Festival de Cine de Roma y en 2010, Cosa voglio di più se presentó en el Festival de Cine de Berlín. En 2012 dirigió Il comandante e la cicogna, otro elenco y comedia surrealista. En 2016 realizó el documental Il fiume ha sempre ragione. En 2017, presentó Il colore nascosto delle cose en el Festival de Cine de Venecia, con Valeria Golino, una película inspirada en su experiencia realizando Per altri occhi, un documental sobre personas ciegas. En 2018, dirigió Fiume di parole, un documental dedicado al poeta Raffaello Baldini, seguido del cortometraje Olmo (2019), parte de Interdependence, una película colectiva sobre el cambio climático. En 2021, estrenó 3/19, un thriller psicológico protagonizado por Kasia Smutniak. Las Catadoras de Hitler fue su duodécimo largometraje.