1958年，杰克·尼科尔森主演了以青少年问题为题材的低成本黑色犯罪电影《呐喊小杀手》，从而正式步入影坛。

1960年，杰克·尼科尔森参演了由理查德·拉许执导的剥削电影《相爱不能太快》；随后，在反映“垮掉的一代”的犯罪电影《疯奔》中饰演了一个叛逆的业余赛车手；9月，其参演的恐怖片《恐怖小店》上映；同年，参演剧情电影《斯塔兹·朗尼根》。1961年柏林危机期间，杰克·尼科尔森被征召执行了几个月的延长服役。1962年，正式退役；同年，出演了西部电影《破碎的大地》。

1963年，在罗杰·科尔曼执导恐怖片《魔鸟》中饰演乌鸦贝得多的儿子雷夫得；6月，与波利斯·卡洛夫共同主演的恐怖电影《恐惧》上映，饰演迷路的法国士兵安德烈；同年，首次担任编剧，与唐·德夫林共同创作了动作片《孤岛雷鸣》的剧本。1964年，主演由蒙特·赫尔曼执导的冒险电影《受惊女神》，并担任影片的编剧；随后，再次与蒙特·赫尔曼合作，主演了战争电影《通向地狱的后门》；7月，其出演的战争喜剧电影《海军少尉普尔弗》上映。

1966年，担任西部电视电影《旋风骑士》的制片人、编剧以及主演；同年，与米莉·佩金斯搭档主演西部片《射击》，并担任该片制片人。1967年，在犯罪电影《情人节大屠杀》中客串饰演了一名匪帮成员；6月，其主演的动作电影《地狱飚车天使》上映；同年，担任了剧情电影《迷途》的编剧。

1968年，与苏珊·斯塔丝伯格、迪恩·斯托克维尔联合主演惊悚电影《精神错乱》；同年，担任歌舞片《毛发》的制片人兼编剧，并客串出演了一名电影导演。1969年，与彼得·方达、丹尼斯·霍珀共同主演公路片《逍遥骑士》，饰演南方小镇上酗酒成性的律师乔治·汉森；他凭借该片入围了第42届奥斯卡金像奖最佳男配角奖，获得了第35届纽约影评人协会奖最佳男配角奖。

1970年，出演奇幻电影《姻缘订三生》；随后，与卡梅隆·米切尔、布鲁斯·邓恩等人共同主演惊悚片《惊醒者的反叛》；9月，与凯伦·布莱克搭档主演的剧情电影《五支歌》上映，饰演生于贵族家庭、饱含钢琴天分的罗伯特；他凭借该片提名了第43届奥斯卡奖最佳男主角奖。

1971年，与安·玛格丽特、坎迪斯·伯根联合主演的喜剧片《猎爱的人》上映，饰演视女人如猎物的花花公子乔纳森；随后，在由亨利·嘉格隆执导的剧情电影《避风港》，饰演纽约少妇诺亚的前男友米切尔；同年，自编自导喜剧电影《开车，他说》，该片是其导演处女作，改编自杰里米·拉纳的同名小说，入围第24届戛纳国际电影节主竞赛单元，参与金棕榈奖角逐。

1972年，与布鲁斯·邓恩搭档主演剧情电影《美人迟暮》，饰演抑郁的晚间脱口秀节目主持人大卫。1973年，其主演的喜剧电影《最后的细节》上映，饰演海岸巡逻队的士兵布迪斯基；该片让他获得了第27届戛纳国际电影节最佳男演员奖，提名第46届奥斯卡奖最佳男主角奖。

1974年，领衔主演惊悚悬疑电影《唐人街》，饰演被卷入复杂的财阀阴谋和乱伦惨剧的私私家侦探杰克；他因此提名了第47届奥斯卡奖最佳男主角奖，获得了第32届美国电影电视金球奖剧情类电影最佳男主角奖；而凭借《最后的细节》、《唐人街》两部影片，尼科尔森获得了第28届英国电影学院奖最佳男主角奖、第40届纽约影评人协会奖最佳男演员奖。）

1975年，主演由米开朗基罗·安东尼奥尼执导的剧情电影《职业：记者》，饰演寻找游击队反政府武装的英国新闻记者戴大卫·洛克；3月，其主演的音乐电影《冲破黑暗谷》上映，该片改编自谁人乐队1969年发行的摇滚音乐剧专辑《Tommy》；随后，与沃伦·比蒂、斯托卡特·詹宁联合主演犯罪喜剧电影《财富》；同年，领衔主演电影《飞越疯人院》，饰演热爱自由、不喜约束，不能被外面世界所接纳的麦克·墨菲；他凭借该片收获了第48届奥斯卡金像奖最佳男主角奖、第30届英国电影学院奖最佳男主角奖等多个奖项。

1976年，与马龙·白兰度联袂主演了西部电影《大峡谷》，饰演家道中落的西部民众汤姆·洛根；同年，与罗伯特·德尼罗、托尼·柯蒂斯、罗伯特·米彻姆等人共同出演剧情电影《最后的大亨》。1978年，自导自演西部喜剧电影《飞越温柔窝》，饰演玩世不恭的偷马贼亨利。

1980年，主演由斯坦利·库布里克执导的惊悚片《闪灵》，因环境的幽静而性格大变，最后精神崩溃，拿斧头砍杀妻儿的教师兼作家杰克·托兰斯。1981年，主演爱情犯罪电影《邮差总按两次铃》，该剧改编自詹姆斯·凯恩所著的同名小说；尼科尔森饰演受情欲支配丧失理智、直至犯下杀人罪的加州流浪汉弗兰克；12月，其出演的历史传记片《烽火赤焰万里情》上映，尼科尔森饰演美国剧作家尤金·奥尼尔；凭借该片他入围了第54届奥斯卡奖最佳男配角奖，获得了第53届美国国家评论协会奖最佳男配角奖。

1982年，与哈维·凯特尔共同主演犯罪电影《强渡魔鬼关》，饰演负责抓捕偷渡者的美墨边境警察查理·史密斯。1983年，与雪莉·麦克雷恩、德博拉·温格共同主演的家庭电影《母女情深》上映，饰演追求奥罗拉的风流退休宇航员加勒特；他凭借该片获得第56届奥斯卡金像奖、第18届美国国家影评人协会奖的最佳男配角奖。

1985年，与凯瑟琳·特纳联合主演犯罪爱情喜剧电影《普里兹家族的荣誉》，饰演黑帮普里兹家族首领的亲信、金牌杀手查理·帕特纳；他凭借该片提名了第58届奥斯卡奖最佳男主角奖，并获得了第43届美国电影电视金球奖音乐或喜剧类电影最佳男主角奖。