A falência ou retraimento dos estúdios cariocas e paulistas, alinhada à renovação do cinema na Europa e América Latina, abriu espaço para um sentimento revolucionário em jovens cineastas do Rio de Janeiro e da Bahia, que no início dos anos 1960 se insurgiam contra o industrialismo da Vera Cruz e a alienação cultural das chanchadas. Cada um com seu estilo e suas preocupações próprias, convergiam no interesse por um cinema barato, feito com "uma câmera na mão e uma idéia na cabeça", e que refletisse e discutisse a realidade brasileira sob um ponto de vista nacional-popular. Surgia o cinema novo, um divisor de águas da própria cultura brasileira.

O impacto neo-realista (ver Cinema italiano) de Agulha no palheiro (1953), de Alex Viany, Rio 40° (1955), de Nelson Pereira dos Santos, e O Grande momento (1957), de Roberto Santos, assim como a influência da nouvelle vague (ver Cinema francês) e da teoria do cinema de autor, foi fundamental na formação de cineastas como Glauber Rocha, principal ideólogo do movimento, Paulo Cesar Saraceni, Carlos Diegues, Leon Hirszman, David Neves, Joaquim Pedro de Andrade e outros, que integrariam a linha de frente inaugural do Cinema Novo. Obras profundamente enraizadas no cotidiano e na mitologia do Nordeste brasileiro (o sertão) deram corpo ao movimento: Vidas secas (1963), de Nelson Pereira dos Santos, Deus e o diabo na terra do sol (1964) e O Dragão da Maldade contra o Santo Guerreiro (prêmio de melhor direção do Festival de Cannes de 1969), ambos de Glauber Rocha, Os Fuzis (vencedor do Urso de Prata no Festival de Berlim de 1964), de Ruy Guerra, e A hora e a Vez de Augusto Matraga (1966), de Roberto Santos.

A face urbana do cinema novo foi desenhada por filmes como Os cafajestes (1962), O desafio (1965), de Paulo Cesar Saraceni, Cinco vezes favela (1965), filme em episódios de diretores diversos, A grande cidade (1966), de Carlos Diegues, e Terra em transe (1967), de Glauber Rocha. O cinema brasileiro incorporava ao seu rol de personagens as minorias, operários, desempregados, imigrantes e outros emblemas dos desequilíbrios sociais do país, além de dramatizar os dilemas dos intelectuais com o regime instalado pelo golpe militar do movimento de 1964. Inventava-se também uma nova estética mais espontânea, formalmente ousada e intencionalmente descolonizada em relação aos padrões de Hollywood. Foi o período de maior evidência internacional do cinema brasileiro.

O cinema novo, já sem coesão, entrou pelos anos 1970 revisitando temas do Modernismo (Joaquim Pedro de Andrade), aproximando-se do movimento tropicalista (Brasil ano 2000, de Walter Lima Jr.) e enveredando pelas alegorias para escapar à censura militar (Os herdeiros, 1969, de Carlos Diegues, Azyllo muito louco, 1970, de Nelson Pereira dos Santos). O movimento, contudo, segue como parâmetro estético-político até a atualidade.

Fora da hegemonia do cinema novo, Anselmo Duarte conquistou a Palma de Ouro do Festival de Cannes em 1962 com o clássico O Pagador de promessas; Luis Sergio Person fez obra pequena mas forte e Walter Hugo Khouri construiu, a partir de 1954, uma sólida carreira voltada para temas existenciais. O gênero cangaço (sobre bandidos sertanejos do início do século XX) ganhou a forma de ciclo nos anos 1960.

Do mesmo modo, os documentários conheceram um impulso inédito na década. Depois dos influentes Arraial do Cabo (1959), de Paulo Cesar Saraceni, Aruanda (1960), em que o paraibano Linduarte Noronha reproduziu a vida de ex-escravos, e Maioria absoluta (1964), abordagem do analfabetismo por Leon Hirszman, o produtor paulista Thomas Farkas mobilizou diversos cineastas na captura da vida e da cultura populares no Rio, São Paulo e Nordeste. Nomes como Geraldo Sarno, Maurice Capovilla e Paulo Gil Soares firmaram-se nessa série de documentários curtos (1965-1970) influenciados pela ética e as técnicas do cinema-verdade.