 | Arnold & Sly: Rivals, Friends, Icons (2024) als Self (archive footage) (uncredited) |
 | Oppenheimer (2023) als Lewis Strauss |
 | Inside Christopher Nolan's Oppenheimer (2023) als Self - Lewis Strauss |
 | 2022 Rock & Roll Hall of Fame Induction Ceremony (2022) als Self - Presenter |
 | Sr. (2022) als Self |
 | Downey's Dream Cars (2022) als Robert Downey Jr. |
 | MoPOP Founders Award 2020 Honoring Alice in Chains (2020) als Self |
 | Chadwick Boseman: A Tribute for a King (2020) als Self |
 | Dolittle (2020) als Dr. John Dolittle |
 | Celebrating Marvel's Stan Lee (2019) als Tony Stark / Iron Man (archive footge) |
 | The Age of A.I (2019) als Executive Producer |
 | Avengers: Endgame (2019) als Tony Stark / Iron Man |
 | Avengers: Infinity War (2018) als Tony Stark / Iron Man |
 | Spider-Man: Homecoming (2017) als Tony Stark / Iron Man |
 | A Fan's Guide to Spider-Man: Homecoming (2017) als Self |
 | The Nice Guys (2016) als Sid Shattuck (uncredited) |
 | Captain America: Civil War (2016) als Tony Stark / Iron Man |
 | Phase 2 Tag Scenes: A Making of the Marvel Cinematic Universe Phase Two (2015) als Self |
 | Avengers: Age of Ultron (2015) als Tony Stark / Iron Man |
 | Marvel: 75 Years, from Pulp to Pop! (2014) als Self |
 | The Judge (2014) als Hank Palmer |
 | I Am Steve McQueen (2014) als Narrator (voice) |
 | Chef (2014) als Marvin |
 | Marvel Studios: Assembling a Universe (2014) als Self / Tony Stark / Iron Man |
 | Iron Man 3 (2013) als Tony Stark / Iron Man |
| | Sherlock Holmes and Dr. Watson: A Perfect Chemistry (2012) als Self |
 | The Avengers (2012) als Tony Stark / Iron Man |
 | Sherlock Holmes: A Game of Shadows (2011) als Sherlock Holmes |
 | Marvel One-Shot: The Consultant (2011) als Tony Stark (archive footage) |
 | Due Date (2010) als Peter Highman |
 | Love and Distrust (2010) als Rob (segment "Auto Motives") |
 | Mad Mel: The Rise and Fall of a Hollywood Icon (2010) als Self (archive footage) |
 | Never Sleep Again: The Elm Street Legacy (2010) als Self (archive footage) |
 | Iron Man 2 (2010) als Tony Stark / Iron Man |
 | Sherlock Holmes: Reinvented (2010) als Self |
 | Sherlock Holmes (2009) als Sherlock Holmes |
 | कमबख़्त इश्क़ (2009) als Self (archive footage) (uncredited) |
 | The Soloist (2009) als Steve Lopez |
 | I Am Iron Man (2008) als Self |
 | Tropic Thunder: Rain of Madness (2008) als Kirk Lazarus |
 | Animal House: The Inside Story (2008) als Self |
 | Tropic Thunder (2008) als Kirk Lazarus |
 | The Incredible Hulk (2008) als Tony Stark (uncredited) |
 | Starz Inside: Comic Books Unbound (2008) als Self - Tony Stark / Iron Man |
 | Iron Man (2008) als Tony Stark / Iron Man |
 | Charlie Bartlett (2008) als Nathan Gardner |
 | Voom Portraits (2007) als Self |
 | Annie Leibovitz: Life Through a Lens (2007) als Self |
 | Lucky You (2007) als Telephone Jack |
 | Zodiac (2007) als Paul Avery |
 | One Summer in Austin: The Story of Filming 'A Scanner Darkly' (2006) als Self / Barris |
 | A Guide to Recognizing Your Saints (2006) als Dito |
 | Fur: An Imaginary Portrait of Diane Arbus (2006) als Lionel Sweeney |
 | A Scanner Darkly (2006) als James Barris |
 | Hubert Selby Jr: It/ll Be Better Tomorrow (2006) als Narrator |
 | Game 6 (2006) als Steven Schwimmer |
 | The Shaggy Dog (2006) als Dr. Kozak |
 | The Outsider (2005) als Self |
 | Good Night, and Good Luck. (2005) als Joe Wershba |
 | Kiss Kiss Bang Bang (2005) als Harry Lockhart |
 | Eros (2004) als Nick Penrose |
 | Eros: Equilibrium (2004) als Nick Penrose |
 | The Route V50 (2004) als Traveller |
 | Gothika (2003) als Pete Graham |
 | The Singing Detective (2003) als Dan Dark |
 | Charlie: The Life and Art of Charles Chaplin (2003) |
 | Whatever We Do (2003) als Bobby |
| | Lethargy (2002) als Animal Therapist |
 | Pieta (2001) als Self |
 | Wonder Boys (2000) als Terry Crabtree |
 | Black and White (1999) als Terry Donager |
 | Bowfinger (1999) als Jerry Renfro |
 | Friends & Lovers (1999) als Hans |
 | In Dreams (1999) als Vivian Thompson |
 | Two Girls and a Guy (1998) als Blake |
 | U.S. Marshals (1998) als John Royce |
 | The Gingerbread Man (1998) als Clyde Pell |
 | Hugo Pool (1997) als Franz Mazur |
 | One Night Stand (1997) als Charlie |
 | Danger Zone (1996) als Jim Scott |
 | Richard III (1995) als Earl Rivers |
 | Restoration (1995) als Robert Merivel |
 | Mr. Willowby's Christmas Tree (1995) als Mr. Willowby |
 | Home for the Holidays (1995) als Tommy Larson |
 | Natural Born Killers (1994) als Wayne Gale |
 | Hail Caesar (1994) als Jerry |
 | Only You (1994) als Peter Wright / Damon Bradley |
 | Fertile La Toyah Video Magazine #2: The Kinky Issue! (1994) |
 | Short Cuts (1993) als Bill Bush |
 | The Last Party (1993) als Self |
 | Heart and Souls (1993) als Thomas Reilly |
 | Luck, Trust & Ketchup: Robert Altman in Carver Country (1993) als Self |
 | Chaplin (1992) als Charles Spencer Chaplin |
 | Soapdish (1991) als David Seton Barnes |
 | Too Much Sun (1990) als Reed Richmond |
 | Air America (1990) als Billy Covington |
 | Chances Are (1989) als Alex Finch |
 | True Believer (1989) als Roger Baron |
 | That's Adequate (1989) als Albert Einstein |
 | 1969 (1988) als Ralph Carr |
 | Johnny Be Good (1988) als Leo Wiggins |
 | Less Than Zero (1987) als Julian |
 | Rented Lips (1987) als Wolf Dangler |
 | Dear America: Letters Home from Vietnam (1987) als (voice) |
 | The Pick-up Artist (1987) als Jack Jericho |
 | America (1986) als Paulie Hackley |
 | Back to School (1986) als Derek |
| | Arrival (1986) als Eddie |
 | Weird Science (1985) als Ian |
 | Girls Just Want to Have Fun (1985) als Punk Party Crasher (uncredited) |
 | Tuff Turf (1985) als Jimmy Parker |
 | Firstborn (1984) als Lee |
 | Baby It's You (1983) als Stewart |
 | Up the Academy (1980) als Boy on Soccer Team (uncredited) |
 | Moment to Moment (1975) als Himself |
 | Greaser's Palace (1972) als Boy in Covered Wagon (uncredited) |
 | Pound (1970) als Puppy |
 | All-Star Weekend als Mexican Stranger |
 | Sherlock Holmes 3 als Sherlock Holmes |
| | Vertigo als John 'Scottie' Ferguson |
| | Sr. Producer |
| | The Age of A.I Executive Producer |
| | The Judge Executive Producer |
| | A Guide to Recognizing Your Saints Producer |
| | The Last Party Writer |
 | A Head Full of Ghosts Producer |
| | Play Dirty Producer |
| | Vertigo Producer |