Jean Sorel débute au cinéma en 1959 et partage sa carrière entre les studios parisiens et Cinecittà. Souvent comparé à Alain Delon, en raison de sa beauté, il connaît une carrière plus modeste, tout en ayant tourné avec les plus grands.
Le cinéma italien en fait un jeune premier remarqué avec Les Adolescentes (1960) d’Alberto Lattuada et Ça s’est passé à Rome (1960) de Mauro Bolognini, l’intègre aux reconstitutions historiques de Traqués par la Gestapo (1961) de Carlo Lizzani et La Bataille de Naples (1962) de Nanni Loy, et lui fait partager l’affiche avec Claudia Cardinale dans Sandra (1965) de Luchino Visconti. Il est ensuite le protagoniste des polars sulfureux de Lucio Fulci, Perversion Story (1969) et Le Venin de la peur (1971).
En France, l’acteur est le partenaire de Marie-José Nat dans Amélie ou le Temps d’aimer (1961) de Michel Drach, de Jane Fonda dans La Ronde (1964) de Roger Vadim, et surtout de Catherine Deneuve dans Belle de jour (1967) de Luis Buñuel, dans le rôle de son époux chirurgien.
Jean Sorel est aussi à l’affiche de coproductions internationales, comme, en 1973, Le Bal du vaudou de l’Espagnol Eloy Germán de la Iglesia, et Chacal (1973) de l’Américain Fred Zinnemann. À partir du milieu des années 70, il joue davantage les guest stars dans des seconds rôles, et on le voit dans Les Enfants du placard (1977) de Benoit Jacquot, Les Sœurs Brontë (1979) d’André Téchiné, Rosa la rose, fille publique (1986) de Paul Vecchiali, Ange ou démon (1991) d’Enzo Barboni, ou L’Origine de la violence (2015) d’Élie Chouraqui.
