En 1992, il coécrit avec Christophe Barbier son premier scénario intitulé "Le Radeau de la Méduse". Ce film est une adaptation d'un roman de Théophile Gautier, dans lequel on suit les péripéties d'une bande de marins espagnols qui tentent de rejoindre l'Afrique après avoir été abandonnés à la mer. Le film est nommé au César du meilleur espoir masculin pour son interprète, Vincent Lindon.
En 1998, Laurent Vergès réalise son premier long-métrage en tant que réalisateur, "La Bûche". Ce film met en scène Daniel Auteuil et Marie Trintignant et raconte l'histoire d'un homme qui tente de faire vivre sa femme et ses enfants dans une maison isolée en forêt. Le film est acclamé par la critique, remportant plusieurs prix dont le César du meilleur acteur pour Daniel Auteuil et le prix Louis-Delluc.
En 2005, Laurent Vergès réalise "Le Grand Meaulnes", une adaptation cinématographique de l'œuvre de Alain-Fournier. Le film raconte l'histoire d'un jeune homme qui disparaît dans un lycée de province et se met à la recherche d'un village mystérieux, Le Grand Meaulnes. Le film est nommé au César du meilleur espoir masculin pour son interprète, Jérémie Renier.
En 2015, Laurent Vergès réalise "La Loi de Loïe Briand", une fiction historique sur la vie d'une célèbre couturière française du XXe siècle. Le film raconte l'histoire d'une femme qui fuit son village natal pour devenir une couturière à Paris et atteindre le sommet de la haute couture. Le film est nommé au César du meilleur espoir masculin pour son interprète, Benjamin Laverge.
Laurent Vergès a également réalisé d'autres films tels que "Les Blessures assassines" (2007), "Ensemble c'est plus fort" (2010) et "Le Temps d'aimer" (2013). Il est considéré comme l'un des talents les plus prometteurs du cinéma français contemporain.