Po raz pierwszy pojawił się na dużym ekranie w filmie Srebrny kielich (1954), jednak był tak zażenowany swoim ekranowym debiutem, że na łamach „Variety” zamieścił ogłoszenie, w którym przepraszał za swój występ. Pozytywne recenzje otrzymał dopiero za rolę boksera Rocky’ego Graziano w obrazie Między linami ringu (1956). Na początku kariery był często mylony z Marlonem Brando. Newman twierdził, że w co najmniej 500 notesach z autografami wpisał: „Z najlepszymi życzeniami od Marlona Brando”. Był również określany „nowym Jamesem Deanem”. Dwukrotnie zagrał role, w których początkowo miał wystąpić Dean (do czego nie doszło z powodu przedwczesnej śmierci aktora); były to główne role w filmach: Między linami ringu (1956) i Gwiazda szczęścia Billy Kida (1958). W kolejnych latach zagrał pamiętne role w filmach: Bilardzista (1961), Hud (1963), Nieugięty Luke (1967) oraz Butch Cassidy i Sundance Kid (1969). Jednocześnie zajął się reżyserią, a w kilku filmach (Rachelo, Rachelo i Bezbronne nagietki ) obsadził w głównej roli swoją żonę, Joanne Woodward.
W latach 70. wzbudził kontrowersje, wyrażając chęć zagrania głównej roli w adaptacji bestsellerowej powieści The Front Runner o homoseksualnej miłości między trenerem drużyny a zawodnikiem.