В 1956, после некоторых эпизодических ролей, Трентиньян дебютирует в кино в фильме «Если парни всего мира...» Кристиан-Жака. В том же самом году он и Брижит Бардо вместе становятся очень знамениты благодаря фильму Роже Вадима «И Бог создал женщину».
В 1966 году он снимается в знаменитом фильме Клода Лелуша «Мужчина и женщина», получившем Гран-при Каннского кинофестиваля, а также два «Оскара» — за лучший иностранный фильм и за лучший оригинальный сценарий.
Мировую славу ему приносит фильм Бернардо Бертолуччи "Конформист" (1970).
Новая волна популярности посетила Трентиньяна в 2012 году, когда на 65-м Каннском киносмотре была презентована драма старого друга актёра Михаэля Ханеке «Любовь», где Трентиньян исполнил главную роль — пожилого учителя музыки Жоржа, присматривающего за умирающей супругой.