Actorul şi-a început cariera cinematografică în anii ’50, în roluri dramatice. A fost personajul principal din clasicul SF din 1956, Forbbiden Planet, a jucat în filmul de acţiune The Poseidon Adventure, şi a avut o mulţime de alte apariţii în filme şi seriale ca Bonanza şi The Fugitive, acesta din urmă marcând un punct de cotitură al carierei sale şi transformându-l, pentru totdeauna, în actor de comedie.
Rolul detectivului Frank Drebin este unul emblematic pentru Leslie Nielsen, iar seria de filme Naked Gun, bazată pe serialul de comedie Police Squad, a fost una dintre cele mai reuşite din cariera sa, şi cea care i-a adus apoi numeroase roluri de acest gen. A lucrat pană la 84 de ani, şi a apărut de-a lungul carierei în peste 200 de filme şi programe de televiziune.
Ultimul rol important l-a avut în filmul din 2008, Superhero Movie, unde şi-a folosit din nou umorul caracteristic, exprimat cu o mină serioasă, fără prea multe emoţii sau gesturi. A fost numit, atât de critici, cât şi de fani, un geniu al filmului de comedie.