Λίγο αργότερα όμως διέκοψε τις σπουδές του για να στραφεί στον κινηματογράφο και να παρακολουθήσει το Institut de Ηautes Etudes Cinematographiques. Συνεργάστηκε σαν βοηθός σκηνοθέτης με τους Ρενέ Κλαίρ, Ιβ Αλεγκρέ, Ρενέ Κλεμάν, Χενρί Βερνέϊγ, Μαρσέλ Οπιλς και άλλους.Το 1965 έκανε την πρώτη του ταινία, "The Sleeping Car Murder", της οποίας έγραψε επίσης και το σενάριο. Η ταινία ήταν ένα πολύ πετυχημένο θρίλλερ με πρωταγωνιστές τους Υβ Μοντάν, Σιμόν Σινιορέ, Ζακ Περέβ και Ζαν Λουϊ Τρεντινιάν, κέρδισε το βραβείο Edgar Allen Poe και αναγνωρίστηκε σαν ένα πό τα δέκα καλύτερα φιλμς της χρονιάς.
Το 1969 ο Γαβράς σκηνοθέτησε την πολυσυζητημένη ταινία "Ζ", που ήταν σταθμός στην καριέρα του. Πρωταγωνιστούσαν ο Υβ Μοντάν, ο Ζαν Λουί Τρεντινιάν, με τους οποίους θα συνεργαζόταν μετέπειτα σε πολλές ταινίες, και η Ειρήνη Παππά. Η ταινία ήταν ένα πολιτικό και αντιφασιστικό φίλμ στο οποίο ο Γαβράς χρησιμοποίησε τεχνικές θρίλλερ για να αποδώσει ένα σκοτεινό πολιτικό σκηνικό απευθύνοντας συγχρόνως ένα δριμύ κατηγορώ στο δικτατορικό καθεστώς της Ελλάδας. Με την ταινία του αυτή, στην οποία ήταν παραγωγός και συν-συγγραφέας, ο Γαβράς σημάδεψε με ένα προσωπικό στύλ τη διεθνή κινηματογραφία. Η ταινία έλαβε το Όσκαρ της καλύτερης ξενόγλωσσης ταινίας και ο Γαβράς πήρε το βραβείο σκηνοθεσίας και σεναρίου. Τα επόμενα χρόνια συνδύασε την έντονη πολιτική του στράτευση με την αδιαμφισβήτητη κινηματογραφική κατάρτησή του για να φτιάξει μια σειρά ταινιών που αποτελούσαν διαμαρτυρίες και καταπέλτη για τα όπου γης καταπιεστικά καθεστώτα αλλά και με και έντονη αμφισβήτηση και κριτική του Αμερικανικού παράγοντα. Έτσι ακολούθησαν οι ταινίες "Κατάσταση Πολιορκίας" (με αναφορά την Ουραγουάη, το 1973), "Ο Αγνοούμενος" (1982), όπου αυτή τη φορά συνεργάστηκε με τους Αμερικανούς ηθοποιούς Jack Lemmon και Sissy Spacek και κέρδισε ένα Όσκαρ σκηνοθεσίας. Την ίδια χρονιά έγινε διευθυντής του Cinematheque Francais. Το 1983 με την ταινία του "Χάνα Κ" (1983) εξόργισε πολλούς με την φιλο-παλαιστινιακή του στάση. Στη συνέχεια δημιούργησε και άλλες ταινίες, όπως τον "Προδομένο" (1988) και το "Music Box" (1990), πολιτικά στρατευμένες και αυτές και σε σχέση με αν και με λιγότερο πάθος σε σύγκριση με τις προγενέστερες. Εν τω μεταξύ έιχε κερδίσει και ένα άλλο Όσκαρ ξένης ταινίας το 1977 με την ταινία του "Madame Rosa" με πρωταγωνίστρια την Σιμόν Σινιορέ, ενώ το 1993 διεύθυνε και έγραψε την "Μικρή Αποκάλυψη".
Επίτιμος διδάκτορας του ΑΠΘ ανακηρύχθηκε - Η ομιλία του
«Όλοι μπορούμε να αποτελέσουμε τα πρότυπα του εαυτού μας. Εγώ δεν θέλω να είμαι πρότυπο. Νομίζω ότι όλοι μπορούμε να κάνουμε πολλά»
«Η Ευρώπη είναι απλώς ένα μεγάλο σούπερ μάρκετ, όπου ο καθένας έρχεται για να αγοράσει και να πουλήσει», δηλώνει ο Κώστας Γαβράς στην ισπανική εφημερίδα El Pais, με αφορμή την προβολή της ταινίας του «Κεφάλαιο», στα ισπανικά σινεμά. Ο γνωστός σκηνοθέτης τονίζει ακόμη ότι «η οικονομία κυριαρχεί πλέον παντού και το μόνο που απασχολεί την Ευρώπη είναι αν ανεβαίνουν ή πέφτουν οι αγορές». «Ποιος ξέρει όμως τι είναι η αγορά;», σημειώνει ο σκηνοθέτης.
