1988年，担任剧情电影《轮回》.的摄影师，该片根据王朔小说《浮出海面》改编。1989年，担任剧情电影《非法生命》的摄影师。1991年，担任剧情电影《大太监李莲英》的摄影师，该片由田壮壮执导，姜文主演。

1992年，掌机由张艺谋执导的爱情电影《大红灯笼高高挂》，他凭借该片获得第27届美国国家影评人协会奖最佳摄影奖、第18届洛杉矶影评人协会奖最佳摄影奖 。1993年，担任剧情电影《刺客新传》的摄影师。

1994年，担任古代宫廷剧《紫禁城》的摄影师，他凭借该片获得纽约国际电视节最佳摄影奖；同年，担任剧情电影《黄沙，青草，红太阳》的摄影师。1995年，担任剧情电影《龙城正月》的摄影师。1996年，担任剧情电影《生命如歌》的摄影师，该片由夏钢执导；同年，担任剧情电影《太阳火》的摄影师。

1998年，担任爱情喜剧电影《不见不散》的摄影师，该片由冯小刚执导，葛优、徐帆合作主演 。1999年，担任剧情电影《荆轲刺秦王》的摄影师，该片由陈凯歌执导，他凭借该片获得第19届金鸡奖最佳摄影奖 ；同年，担任音乐喜剧电影《甜蜜与卑微》的摄影师，该片由西恩·潘、萨曼莎·莫顿共同主演。

2000年，掌机由伍迪·艾伦自编自导的犯罪喜剧电影《业余小偷》。2001年，担任犯罪喜剧电影《玉蝎子的诅咒》的摄影师，该片由伍迪·艾伦自编、自导、自演。

2003年，担任喜剧电影《手机》的摄影师，该片由葛优、范冰冰等主演，他凭借该片入围第24届中国电影金鸡奖最佳摄影奖 ；同年，掌机由何平执导，姜文、中井贵一合作主演的动作奇幻电影《天地英雄》 。2007年，担任文艺电影《太阳照常升起》的摄影师，该片由姜文自编、自导、自演 。2008年，担任剧情电影《北京等待》的艺术指导。

2014年，掌机由雷佳音、程媛媛共同主演的动作喜剧电影《黄金大劫案》 ；12月2日，担任摄影师的爱情战争电影《太平轮（上）》在中国大陆上映，他凭借该片获得第16届中国电影华表奖优秀摄影奖 、第34届香港电影金像奖最佳摄影奖 。

2015年4月24日，担任摄影师的青春爱情电影《左耳》上映，该片由陈都灵、欧豪、杨洋联合主演，他凭借该片获得第18届台北电影节最佳摄影奖 ；同年，担任爱情战争电影《太平轮·彼岸》的摄影师，该片由吴宇森执导，章子怡、金城武合作主演 ；同年，担任贺岁电影《一切都好》摄影师 。

2016年，成为在美国电影艺术与科学学院评委 。2020年10月，担任第27届华鼎奖专家评委会评委 。

赵非的镜头充满浪漫主义色彩，以相对静态的构图与运镜、形态万化的光线以及细腻精致的色彩气氛，在银幕之上呈现出一幅幅如古典油画般厚重典雅的画面。光线对于赵非而言，犹如文字之于作家，是为得心应手的造型工具。在他的镜头中，光线变幻为各种形态，有着丰富的创作可能性。赵非擅长使用滤色镜对饱和色进行修饰，尽管一些发生在过去时代的故事要求色彩不得过于抢眼，但是色彩在赵非的镜头中始终保持着视觉冲击力。和第五代电影人一样，赵非一贯重视环境造型 （当代电影评）。