Il fait sa première apparition à l'écran comme acteur, en 1968, dans la série télévisée L'Été mystérieux.
De son véritable nom Lars Trier (il ajoutera le « von » aristocratique durant ses années d'école de cinéma), ce réalisateur et scénariste est aussi un des fondateurs du Dogme95 qui définit d'après dix règles précises une façon de filmer. Les films « dogmatiques » selon ce mouvement répondent à un style de réalisation épuré, simplifié : pas ou peu de montage, prise de son en direct, filmé caméra sur épaule, etc.
Son style est très influencé par les maîtres de l'école scandinave :
Dreyer,
Bergman.
Von Trier cherche fréquemment à réinterpréter des genres très codifiés tels que la comédie musicale (Dancer in the Dark), le film noir (The Element of Crime) ou le film d'épouvante (L'Hôpital et ses fantômes) en leur imprimant un style très personnel.
En 1984, son premier long-métrage The Element of Crime remporte le Grand Prix Technique de la Commission Supérieure Technique du Festival de Cannes. En 1996, son film Breaking the Waves, oeuvre d'un mysticisme cruel et présentant une vision très personnelle du christianisme, remporte le grand prix du jury à Cannes et le César du meilleur film étranger.
En 2000, Dancer in the Dark reçoit la Palme d'or à Cannes et Björk, l'actrice principale, reçoit le prix d'interprétation féminine.
Après Dogville et Manderlay, les deux premiers volets d'une trilogie sur les États-Unis dans laquelle il mêle le théâtre expérimental, la littérature (narrateur) et le cinéma, il réalise une comédie en danois intitulée Direktøren for det hele (en français Le Direktør) qui se présente comme une satire du monde de l'entreprise.
En 2009, il présente
Antichrist, un film d'horreur tourné en anglais avec Willem Dafoe et Charlotte Gainsbourg récompensée par le prix d'interprétation féminine au Festival de Cannes 2009.
En 2010, il tourne en Suède un film de science-fiction catastrophe intitulé Melancholia, avec Kirsten Dunst, Charlotte Gainsbourg, Kiefer Sutherland, Charlotte Rampling, Alexander Skarsgård, Stellan Skarsgård et Udo Kier.
Il est le créateur de la société Zentropa et de sa branche X, Puzzy Power, produisant des films pornographiques destinés aux femmes et homosexuels voulant rompre avec certains clichés de la production actuelle dans ce genre.
Dans les années 1980 et 1990, Lars von Trier a également entrepris un projet atypique intitulé Dimension : filmer régulièrement des acteurs pendant plus de vingt ans à raison de deux à trois minutes chaque année. Ce film à la trame policière dont l'histoire est écrite au fur et à mesure aurait dû être achevé en 2024, mais il a renoncé à ce projet au bout de 6 ans et les 20 minutes tournées ont été inclues à un DVD sorti en 2010.