在1963年进入电影公司后，王童从实习生、背景绘画、美工助理做起，后升任美术设计，先后参与了30余部影片的美术工作。1971年，王童赴夏威夷大学戏剧系舞台设计组学习。

1974年7月19日，王童担任美术设计的战争电影《英烈千秋》上映。1976年，在由白景瑞执导的爱情电影《枫叶情》中担任美术设计，由此获得了第13届台湾电影金马奖最佳彩色影片美术设计奖。

1977年7月26日，担任美术设计的爱情电影《烟水寒》上映，王童凭借该片获得了第15届台湾电影金马奖最佳美术设计提名。

1981年，王童执导了由谭咏麟、胡冠珍领衔主演的剧情片《假如我是真的》，该片是王童的导演处女作，在第18届台湾电影金马奖上获得了最佳剧情片奖，王童则凭借该片获得了最佳美术设计提名。

1982年，拍摄了爱情电影《苦恋》，该片由慕思成、胡冠珍、徐中菲联袂主演，获得了第19届台湾电影金马奖最佳剧情片提名。

1983年，执导了由陆小芬、苏明明、马如风等主演的剧情片《看海的日子》 ，该片获得了第20届台湾电影金马奖最佳剧情片提名。

1984年，执导了由马如风和张盈真领衔主演的古装片《策马入林》，该片获得了第22届台湾电影金马奖最佳剧情片提名，王童则获得了最佳美术设计奖和最佳服装设计奖。

1985年，王童拍摄了由于光中、张纯芳联袂出演的喜剧电影《阳春老爸》。1987年，执导了由张柏舟、张纯芳、杨贵媚等共同主演的剧情片《稻草人》，影片获得了第24届台湾电影金马奖最佳剧情片奖，王童则获得了最佳导演奖

1989年，执导了由钮承泽、张世领衔主演的剧情片《香蕉天堂》，影片获得了第26届台湾电影金马奖最佳剧情片提名，王童则获得了最佳服装设计提名。1990年，王童出任第27届台湾电影金马奖评委会委员。

1992年，执导了由澎恰恰、杨贵媚、黄品源等共同主演的剧情片《无言的山丘》，该片与《稻草人》和《香蕉天堂》构成了台湾近代史三部曲。该片获得了第29届台湾电影金马奖最佳剧情片奖，王童则获得了最佳导演奖。

1994年，受邀担任了第31届台湾电影金马奖评委会委员。1996年，编导了由陶述、石隽、张世等联袂主演的剧情片《红柿子》，影片根据王童的童年故事进行创作，他凭借该片获得了第33届台湾电影金马奖最佳导演奖提名。

1998年，出任第35届台湾电影金马奖评委会委员。2002年，执导了由李康生、叶全真等共同主演的剧情片《自由门神》。2003年，担任第40届台湾电影金马奖评委会委员，负责剧情片类评审。

2004年，应作家白先勇的邀请，王童在由对方制作的青春版昆曲《牡丹亭》中担任美术设计和服装设计。2005年5月8日，执导的个人首部动画长片《红孩儿大话火焰山》上映，该片获得了第42届台湾电影金马奖最佳动画长片奖、第11届中国电影华表奖优秀动画片奖。

2010年6月13日，担任制片人的爱情电影《活该你单身》上映；12月10日，担任监制的音乐电影《我，19岁》上映。2011年，与侯孝贤、王小棣、朱延平等联合拍摄了短片集《10 10》，王童负责的单元叫《谢神》，讲述一对兄弟到山上去还愿的故事。

2015年6月26日，王童执导的年代爱情电影《对风说爱你》上映，该片从筹备到拍摄历时5年，由郭采洁、郭碧婷、杨祐宁等共同出演。

2019年，获得第56届台湾电影金马奖终身成就奖；9月，担任第56届金马奖评审团主席。