Gwiazdę swoich 11 filmów Ingmar Bergman wypatrzył w 1951 r., gdy miała lat 15, i obsadził w jednej z dziewięciu reklam mydła Bris, które wówczas kręcił. W filmach Bergmana Bibi Andersson była przeważnie uosobieniem niewinności. Mia, żona kuglarza w „Siódmej pieczęci” (1957), jest wprost stylizowana na Matkę Boską, w „Tam, gdzie rosną poziomki” (1957) zagrała dwie Sary – autostopowiczkę, którą zabiera sędziwy profesor, i jego młodzieńczą miłość. Za rolę Hjördis, jednej z trzech kobiet leżących na oddziale położniczym, w „U progu życia” (1958) dostała nagrodę aktorską w Cannes, wspólnie z partnerującymi jej Ingrid Thulin i Evą Dahlbeck. W komediowym „Oku diabła” (1960) jest 20-letnią dziewicą, którą próbuje uwieść Don Juan nasłany przez samego Szatana. Ale najważniejsza z jej ról u Bergmana to pielęgniarka Alma, z „Persony” (1966), opiekująca się sławną aktorką (Liv Ullmann), która przestała mówić. To pielęgniarka mówi do niej, zdradzając osobiste tajemnice. Słynny monolog Almy o seksie na plaży zmieniła za zgodą Bergmana (dla niej brzmiał zbyt męsko) i nagrała, będąc na rauszu. Nagrodę na festiwalu w Berlinie dostała za „Kochankę” (1962) Vilgota Sjömana, w której romansuje z żonatym Maxem von Sydowem. Próbowała zdobyć Hollywood – pojawiła się w futurystycznym „Kwintecie” Roberta Altmana (1979) z Paulem Newmanem i w komercyjnym „Porcie lotniczym ’79” z Alanem Delonem. Najambitniejszym z jej tytułów amerykańskich okazał się „Nigdy nie obiecywałem ci różanego ogrodu” Anthony’ego Page’a (1977), gdzie błyszczy jako lekarka zajmująca się 16-letnią schizofreniczką. Ale Bibi Andersson wystąpiła też w filmie radzieckim – „Człowiek stamtąd” Jurija Jegorowa (1972), z Wiaczesławem Tichonowem. Tak naprawdę była jednak aktorką teatralną na scenach w Malmö i w Sztokholmie. Grała m.in. w sztukach Strindberga, Czechowa, Szekspira, Geneta, Williamsa i Moliera. W 1975 r. znakomicie spisała się w roli Violi w „Wieczorze Trzech Króli” w reżyserii Bergmana. Sama również reżyserowała w teatrze. Podczas wojny w byłej Jugosławii zabiegała o podtrzymanie życia teatralnego w Sarajewie. W 1996 r. wydała autobiografię „Mgnienie oka”. W 2009 r. Andersson przeszła udar. Od tamtej pory nie mogła mówić, wymagała stałej opieki.