Descubierto en el cine por Alf Sjöberg que le ofreció dos pequeños papeles en Sólo una madre (Bara en mor,1949), y Señorita Julia (1951), en algún sentido había sacrificado el cine al teatro cuando Bergman le ofreció el papel majestuoso del caballero medieval de El séptimo sello (1957) que jugaba al ajedrez con la Muerte. Sin abandonar del todo el teatro, se dejó seducir por el cine y llegó a ser uno de los pilares de la compañía bergmaniana. Era el ilusionista de El rostro (1958), el padre vengador de El manantial de la doncella (1960), el médico de Como en un espejo (1961) que asistía impotente -es la palabra- a la locura de su mujer, el pescador de Los comulgantes (1963) obsesionado por la ceguera de los hombres y que elige suicidarse.

Otros cineastas suecos, como Vilgot Sjöman ( La amante, 1962) y Jan Troell ( El episodio de 4 x 4,1965), lo solicitaron. Hollywood le propuso ser el Cristo de La historia más grande jamás contada de George Stevens, en 1965. Pero otras tres experiencias americanas no lograron convencerle para que abandonase su país natal. Se siente más cómodo en el universo de Bergman, que le dio varios papeles importantes en La hora del lobo (1967), La verguenza (1968) y Pasion (1969).

Rodó de nuevo con Jan Troell ( Los emigrantes,1971 y La nueva tierra, 1972) y entonces se lanzó a una carrera internacional. Huston ( La carta del Kremlin , 1970), Friedkin ( El exorcista , 1973), Pollack ( Los tres días del condor , 1975), Rosi ( Excelentísimos cadáveres , 1976), Zurlini (El desierto de los tártaros, 1976.), Boorman ( Exorcista II,1977), Tavernier ( La muerte en directo,1980) supieron aprovechar al máximo a este gigante rubio, unas veces enternecedor, otras inquietante, otras perdido en un mundo interno que desconcierta e intriga.

Parecía que iba a optar definitivamente por el cosmopolitismo cuando apareció de nuevo en la pantalla interpretando el personaje muy sueco del explorador polar Andrée en El vuelo del águila (Troell, 1982). Esta continua oscilación entre personajes estereotipados ( Conan el bárbaro , J. Milius, 1982, Nunca digas nunca jamás,1982 Kershner, 1983; Dune , David. Lynch, 1984) y otros más interiorizados, más extraños, a veces más patéticos le permitió construir una carrera brillante sin dejarse llevar por la facilidad o lo anodino.

En 1988 debuta como director con el film Katinka basada en una novela de Herman Bang al tiempo que sigue interpretando excelentes papeles en películas como Las mejores intenciones (1992) o Jerusalem (1996) ambas de Bille August o encarnando a Hamsun (1996) en el film de Jan Troell sobre las experiencias del novelista noruego durante la Segunda Guerra Mundial.