Фёдор Бондарчук впервые появился в кино в фильме «Борис Годунов», который был снят его отцом в 1986 году. Тогда он исполнил роль царевича Фёдора.

В 1987 году, будучи студентом ВГИК, он принимает участие в съёмках картины своего педагога Юрия Озерова «Сталинград», вышедшей на экраны в 1990 году.

Далее Бондарчук снялся в студенческой учебно-курсовой работе своего друга Тиграна Кеосаяна «Солнечный берег», в которой сыграл молодого солдата. После этого в 1992 году последовали фильмы «Бесы» и «Арбитр» Ивана Охлобыстина.

В 1993 году за свою работу в области музыкального видео он был удостоен премии «Овация», которую получил из рук отца. Позже он так говорил о приходе в клипмейкерство: «Тогда моя персона волновала людей только потому, что сын великого советского режиссёра вдруг занялся совершенно неведомым делом. Никто не понимал, что такое видеоролик или музыкальный клип. Именитые режиссёры во всем этом видели только деньги и малые формы, недостойные кисти больших художников. А ведь если посмотреть с профессиональной точки зрения, это такая возможность творить и экспериментировать: с изображением, с монтажом — с чем угодно! И отцу это ужасно нравилось».

В 1993 году вышел ещё один фильм с участием Бондарчука-младшего, который назывался «Ангелы смерти».

В том же году Фёдор Бондарчук дебютировал в качестве режиссёра, сняв фильм «Люблю», который явился бенефисом Людмилы Гурченко. После этого Бондарчук не снимался в течение 5 лет. Посвящая своё время преимущественно съёмкам рекламных и музыкальных видеороликов. В 1998 году он вернулся на экран в роли странноватого молодого человека по имени Влад в культовом фильме Гарика Сукачёва «Кризис среднего возраста».

Следом за «Кризисом» последовала картина Григория Константинопольского «8 ½ $», где Бондарчук сыграл сразу две роли, одна из которых роль самого себя. Затем он появился в новогодней истории под названием «Витрина».

В 2001 году Фёдор Бондарчук снялся в фильме Романа Качанова «Даун Хаус». В этой своеобразной экранизации знаменитого «Идиота» Ф. М. Достоевского Бондарчук сыграл роль князя Мышкина.

В 2001 году режиссёром Валерием Рубинчиком был снят фильм «Кино про кино», за роль в котором Бондарчук получил свою первую кинопремию — «Созвездие» гильдии киноактёров.

В 2002 году на экраны выходит «В движении» Филиппа Янковского, где Фёдор Бондарчук не только сыграл одну из главных ролей, но и впервые выступил в качестве продюсера картины.

В том же 2002 году он был приглашен на канал СТС в качестве ведущего игрового шоу «Кресло», успешно начав свою телевизионную карьеру. Подтверждением тому является вручение премии ТЭФИ в номинации «Лучший ведущий развлекательной программы» в 2003 году.

В это время уже ведётся активная работа над полнометражным режиссёрским дебютом Фёдора Бондарчука — фильмом «9 рота». Изначально картина задумывалась как ремейк фильма 1959 года «Судьба человека», снятого отцом Фёдора Сергеем Бондарчуком. История касалась чеченской войны. Но обстоятельства сложились так, что было решено рассказать о забытых героях Афганской войны. Сценарий фильма, по словам Бондарчука, на 60 процентов основан на реальных событиях. Военным консультантом картины стал бывший министр обороны Павел Грачёв, который завизировал её сценарий, написав на титульном листе: «Это будет лучший фильм об афганской войне». Съёмки фильма проходили в Крыму и длились 5 месяцев. «9 рота» стала самым кассовым российским фильмом по данным проката в 2005 году. Также картина была 8 раз номинирована и удостоена 7 кинонаград, в том числе «За лучший режиссёрский дебют». «9 рота» собрала в прокате 25 млн долларов при бюджете 10 млн долларов. Для Фёдора Бондарчука этот проект стал началом нового этапа в профессиональной деятельности.

Также в 2005 году среди вышедших на экраны актёрских работ Фёдора Бондарчука были картина «Статский советник», фильм «Мама не горюй 2», «От 180 и выше» и телепроект «Гибель империи».

В 2006 году на экраны выходит фильм Резо Гигинеишвили «ЖАRА», первый кино-проект производства компании Art Pictures Studio (руководство которой Бондарчук осуществляет совместно с продюсером Дмитрием Рудовским). В рамках него Фёдор выступает в качестве продюсера, а также исполняет одну из ролей. Малобюджетный молодёжный фильм собрал в прокате $ 16,5 миллионов, став самым рентабельным российским кинопроектом года.

В том же 2006-м Фёдор Бондарчук получает от Бориса Стругацкого одобрение и права на экранизацию фантастической повести братьев Стругацких «Обитаемый остров». Фильм снимали 222 дня, решено было разделить его на две части. «Обитаемый остров» и «Обитаемый остров: Схватка» выходят в широкий прокат в 2009 году. Производством и дистрибуцией картины также занималась Art Pictures Studio. Сам Фёдор Бондарчук предстал в проекте в качестве режиссёра, продюсера и исполнителя одной из главных ролей.

В 2007 году Бондарчук играл в фильмах: «Тиски», «Артистка», «Я остаюсь», «7 кабинок», «18-14».

В 2008—2009 годах, помимо работы над дилогией «Обитаемый остров», Бондарчук снимается в проектах «Самый лучший фильм 2» (2009) и «Адмиралъ» (2008).

В том же 2008 году начинается работа над реализацией масштабного проекта по созданию крупного кино-комплекса Главкино, открытие которого запланировано на 2012 год.

В 2010 году на экраны выходят сразу несколько фильмов с участием Фёдора Бондарчука: «Фобос. Клуб страха», сериал «Лектор», «ПираМММида», «Про любоff», «Москва, я люблю тебя!».

В 2011 году состоялась премьера кино-истории Авдотьи Смирновой «Два дня», за главную роль в которой Бондарчук впоследствии получил премию «Золотой Орёл». Кроме того, он принимает участие в съёмках фильма «Свадьба по обмену» и теле-экранизации романа Михаила Булгакова «Белая Гвардия», где играет роль Шполянского.

В 2012 году в свет выходит первый проект студии «Главкино» — «Август. Восьмого», продюсированием которого занимался Фёдор Бондарчук.

В апреле 2012 на экраны выходит экранизация книги Бориса Акунина «Шпионский роман» — фильм «Шпион», в котором Фёдор Бондарчук исполнил одну из главных ролей.

В апреле 2012 года состоялась премьера киноальманаха «Некуда спешить», приуроченного к старту одноимённой широкомасштабной социальной кампании. Это совместный проект Госавтоинспекции МВД России и пяти известных режиссёров российского кинематографа, в числе которых: Фёдор Бондарчук, Пётр Буслов, Владимир Котт, Александр Лунгин, Сергей Осипьян, Борис Хлебников. Кинолента представляет собой пять новелл, каждая из которых — самостоятельный фильм. В проекте также приняли участие звёзды российского театра и кино: Оксана Акиньшина, Людмила Аринина, Сергей Бадюк, Владимир Вдовиченков, Серафима Огарёва, Сергей Пускепалис, Ксения Раппопорт, Алиса Хазанова, Пётр Фёдоров, Мария Шалаева. По поводу проекта Бондарчук говорил: «Необходимо менять культуру людей, причём не с помощью формальных фраз и шаблонной агитации, а такими способами как кино».

В октябре 2012 года в широкий прокат выходит продюсерская работа Фёдора Бондарчука — кинопроект Духless по одноимённому роману Сергея Минаева, который стал самым кассовым российским игровым фильмом 2012 года. В том же году завершился съёмочный период фильма «Сталинград», который стал первой русскоязычной картиной в формате IMAX и вышел в прокат в 2013 году. В феврале 2012 года режиссёр картины Фёдор Бондарчук и продюсер Александр Роднянский официально объявили о начале сотрудничества с корпорацией IMAX Filmed Entertainment, в связи с чем Грег Фостер, её президент и председатель совета директоров, сказал: «Фёдор и Александр показали мне 15-минутный фрагмент „Сталинграда“, и я очень рад, что мы не ошиблись с выбором партнёра».

Фёдор Бондарчук вместе с Тилем Швайгером сыграют в комедии о приключениях немецкого и российского туристов в Турции «Анталияград». Будущий фильм с их участием получил грант российско-немецкого фонда.

Весной 2015 вместе с молодым актёром Семеном Трескуновым специально для фильма "Призрак" исполнил жизнеутверждающую песню "Живи настоящим". Автором песни стал известный исполнитель Вася Обломов.