A bretagne-i Vannes-ban született, ahol apja gyógyszerészként dolgozott. Súlyos asztmája miatt magántanuló volt, a szürrealista mozgalom teoretikusát, André Bretont olvasott. Tizenkét éves korától a szüleitől kapott 8 mm-es Kodak kamerával készített rövidfilmeket. A párizsi színházlátogatások felkeltették benne a vágyat, hogy színész legyen, ezért 1939-ben Párizsba költözött. Előbb egy társulatban volt asszisztens, 1940 és 1942 között a Cours René-Simonban tanult színészetet, majd 1943-ban beiratkozott az újonnan alakult IDHEC filmiskolába, hogy filmvágást tanuljon.
A második világháború után a németországi megszálló haderőben szolgált, filmes karrierjét 1946-ban Párizsba hazatérve, filmvágóként kezdje meg. Ebben az időszakban 16 mm-es rövidfilmeket is készített, azonban ezek az idők folyamán elvesztek. Franciaországban a kormány támogatta a rövid kísérleti filmek készítését, amelyekben az alkotók szabad kezet kaptak egyéni látásmódjuk kifejezésére. Resnais így forgathatott egy sor művészettel foglalkozó dokumentumfilmet, köztük az 1948-as, a Van Gogh festményeiről szóló Oscar-díjat kapott a legjobb rövid dokumentumfilm kategóriában.
Nagy port kavart a Chris Markerrel közösen készített A szobrok is meghalnak (1953) című filmük, amely a gyarmatosítók által elpusztított afrikai kultúráról szól, s ezért rögtön betiltották.
Az 1956-ban bemutatott Sötétség és köd volt az egyik első, a náci koncentrációs táborokról szóló dokumentumfilm, amelyet Truffaut a valaha készült legnagyobb filmnek nevezett.
Bár a film engedélyezése körül gondjai akadtak a francia hatóságokkal, hatása óriási volt, és a rendező egyik legcsodáltabb alkotása maradt.
Az ötvenes évek közepén a francia új hullám mellett kialakult egy másik fiatal filmes csoport, a bal part (rive gauche), aminek tagja volt többek közt Agnés Varda, Chris Marker és Resnais is. Ők főleg az irodalomhoz közelinek tekintették a filmet, elvetették a hagyományos narrációt, az új hullámnál politikusabb és intellektuálisabb alkotásokat készítettek.
Resnais első nagyjátékfilmjét, a Marguerite Duras forgatókönyvéből készült Szerelmem, Hirosimát 1959-ben versenyen kívül vetítették Cannes-ban, ahol elnyerte a nemzetközi kritikusok díját. A téma, a bonyolult narratíva, a néma visszaemlékezések és a merész szexjelenetek miatt vitatott és dicsért film egy csapásra nemzetközi hírű rendezővé tette Resnaist.
Következő alkotása, a Tavaly Marienbadban (1961), amely a velencei fesztivál legjobb filmjének járó díját kapta, már a végletekig vitte a modernista többértelműséget. A filmnek elmesélhető története nincs is, a szerelmi háromszög résztvevői vélt és emlékeik labirintusában bolyonganak. A Muriel (1962) és a Semprun forgatókönyve alapján készült A háborúnak vége (1966), illetve a hat másik rendezővel közösen készített Távol Vietnamtól (1967) című filmek az emlékezetről, a háborúról és kötelezettségvállalásról szóló elmélkedések.
A Szeretlek, szeretlek (1968) és a Jean-Paul Belmondo címszereplésével készült, egy szélhámos életét elbeszélő Stavisky (1974) után az 1976-ban bemutatott első angol nyelvű filmjét, a Gondviselés című tragikomédiát elismerő kritikák fogadták. Az 1980-as Amerikai nagybácsim Henri Laborit orvos-biológus az ember viselkedésével kapcsolatos téziseinek filmes adaptációja, az alkotás elnyerte többek között a cannes-i filmfesztivál nagydíját. Ezt követte egy könnyedebb mű, az ismét a francia értelmiségieket fricskázó Az élet kész regény (1983). Komorabb hangvételű a Halálos szerelem (1984), amely megelőzte talán legfurcsább filmjét, a Melodrámát (1986), Henri Bernstein 1929-es színdarabjának filmadaptációját.
A Smoking/No smoking (1993) a berlini filmfesztivál Ezüst Medve-díját és öt César-díjat kapott, a Szívek című alkotása pedig a Velencei Filmfesztiválon a legjobb rendezésért járó Ezüst Oroszlán-díját nyerte el 2006-ban.
Resnais háromévi szünet után 2009-ben kezdett ismét forgatni, a Sabine Azéma és André Dussolier főszereplésével készült Les herbes folles a vágyakozás témáját dolgozza fel, és Cannes-ban a zsűri különdíját kapta.
Utolsó két filmjéhez a színházból merítette az ihletet: a 2012-es A végakarat című filmjét a berlini fesztiválon mutatták be, az Alan Ayckbourn brit drámaíró Riley élete című darabja alapján készült Szeretni, inni és énekelni 2014-ben elnyerte az Alfred Bauer-, illetve a FIPRESCI díját is.
Alain Resnais mintegy húsz nagyjátékfilmjében – amelyhez gyakran olyan nagy írók írták a forgatókönyvet, mint Marguerite Duras, Alain-Robbe-Grillet és Jorge Semprun – egyre a kép és az írás közötti összefüggéseket kutatta. Kedvelt rendezői módszere az idősíkok egymásra játszása, illetve az időutazás volt, alkotásainak középpontjában a múló idő és az emlékezés, az egyéni és a társadalmi felelősség problémái állnak.
A rendező családja körében hunyt el 2014. március 1-jén, kilencvenegy éves korában.
Nyitókép: Roger-Viollet via AFP/Jean-Régis Roustan
