Iconoclaste, hors normes, tels semblent être les thermes qui définissent le mieux l'oeuvre de Luc Moullet. Après des débuts de critique aux Cahiers du Cinéma au milieu des années 50, il passe à la réalisation alternant sans vergogne courts et longs métrages.

Parmi ses films marquants, on retrouve Les Contrebandieres (1966), Une aventure de Billy le Kid (1971), parodie de Western avec Jean-Pierre Léaud, Anatomie d'un rapport (1975), film auscultant la relation entre les sexes, ou encore Genese d'un repas, documentaire au constat amer sur la production alimentaire au Tiers Monde. En 1987, Luc Moullet reçoit le prix Jean Vigo pour La Comedie du travail, satire insolite sur le thème du chômage.

Néanmoins, c'est à travers ces nombreux courts métrages qu'il fait preuve de la plus grande originalité. Partant de sujet ancrés dans le quotidien, il parvient à produire de véritable envolée sur-réaliste, comme par exemple dans Barres où il étudie les comportements de chacun face aux tourniquets de métro.
A ses qualités de cinéaste s'ajoute celles de comédien. Il ainsi apparut ces dernières années dans de petits rôle, comme celui de Raymond dans J'ai horreur de l'amour de Laurence Ferreira Barbosa.

En 2002, il met en scène Les Naufragés de la D17, l'histoire d'un groupe de personnes, tous aussi excentriques les uns que les autres, qui se croisent et s'entrecroisent dans la région la plus désertique de France, avec, entre autres, Sabine Haudepin et Mathieu Amalric.