En 1978, Moreau réalise son premier film *Les Valseuses*, qui connaît un énorme succès critique et public. Le film raconte l'histoire de deux jeunes gens en fuite qui se rendent dans le sud de la France pour trouver les parents du jeune Claude.
En 1980, Moreau sort *La Cravate* avec Daniel Auteuil dans le rôle principal. Le film raconte l'histoire d'un homme qui tente de s'adapter à la vie moderne en tentant de trouver un emploi.
En 1982, il réalise *Le Dernier Métro* avec Gérard Depardieu et Catherine Deneuve dans les rôles principaux. Le film raconte l'histoire d'une compagnie de théâtre dans Paris pendant la Seconde Guerre mondiale.
En 1985, Moreau réalise *La Révolution française* qui est une adaptation de la pièce éponyme de l'écrivain français Alexandre Dumas et raconte l'histoire de la Révolution française vue par un jeune garçon.
En 1990, il réalise *Jean de Florette* et *Manon des Sources*, deux films adaptés de la trilogie de Marcel Pagnol. Les films racontent l'histoire d'un paysan qui tente de s'installer dans une région montagneuse pour cultiver du seigle mais il est confronté à un voisin empoisonneur et machiavélique.
En 2003, Moreau réalise *Le Château de ma mère* avec Nathalie Baye dans le rôle principal. Le film raconte l'histoire d'une femme qui retourne vivre chez sa mère dans la région où elle a grandi après avoir vécu plusieurs années à Paris.
En 2016, Moreau réalise *La Môme* avec Sandrine Kiberlain et Niels Schneider dans les rôles principaux. Le film raconte l'histoire d'une jeune fille qui tente de trouver sa place dans le monde après avoir été abandonnée par ses parents à l'âge de 12 ans.
En 2020, Moreau réalise *La Maison du bonheur* avec Virginie Efira et Vincent Lindon dans les rôles principaux. Le film raconte l'histoire d'une famille qui se rend en Provence pour célébrer la naissance de leur premier enfant mais les événements ne vont pas comme prévu.
Jean-Michel Moreau est récompensé par plusieurs prix, notamment le César du meilleur réalisateur en 1982 pour *Le Dernier Métro* et le César d'honneur en 2014. Il est également nommé à de nombreuses reprises au César, notamment pour *La Révolution française*, *Jean de Florette* et *Manon des Sources*.