Entre 1996 e 2015, Luiz Bolognesi coordenou os projetos de cinema itinerante e oficinas audiovisuais Cine Mambembe e Cine Tela Brasil, promovendo o encontro entre cinema e educação nas comunidades de baixa renda, ao lado da também cineasta Laís Bodanzky. O projeto já levou mais de 1.3 milhões de pessoas ao cinema em 759 bairros de todo o Brasil e produziu mais de 450 curtas de jovens moradores de periferias. É roteista e diretor de cinema. Escreveu com Davi Kopenawa Yanomami e dirigiu o filme A Última Floresta, 2021, que recebeu o prêmio de melhor documentário do Platino Award, prêmio do público de melhor filme no Festival de Berlim (Panorama), de melhor filme do júri no Festival de Seul, Coréia (SEFF) e Melhor Direção no Festival de Guadalajara. Escreveu e dirigiu o longa-metragem de animação Uma História de Amor e Fúria (2013), vencedor do prêmio Cristal de Melhor Longa Metragem em Annecy (França). O documentário Ex-pajé, recebeu o prêmio especial do júri nos festivais de Berlim e Chicago, prêmio da Crítica no Festival É tudo Verdade; melhor fotografia de documentário no Festival de Montreal, prêmio de Melhor roteiro de documentário da Associação Brasileira de Roteiristas e Melhor documentário da Academia Brasileira de Cinema.
Também escreveu e dirigiu diversos filmes, e séries, também premiadas. Escreveu os roteiros dos filmes Bicho de Sete Cabeças (2001), O Mundo em Duas Voltas (2006), Chega de Saudade (2007), Terra Vermelha (2008), As Melhores Coisas do Mundo (2010) e Amazônia, Planeta Verde (2014), Elis (2016), Como Nossos Pais e Bingo – O Rei das Manhãs (2017) que receberam prêmios de melhor roteiro da Academia Brasileira de Cinema, APCA (Associação Paulista dos Críticos de Arte) e nos festivais de Brasília e Recife. Além dos prêmios de roteiro, esses filmes participaram e foram premiados em diversos festivais, como Berlim, Veneza, Toronto, Locarno, Biarritz, Los Angeles, Roma, Miami, Havana, Nova Delhi, Recife, Gramado e Brasília. Foram vendidos para cinco continentes e vistos por mais de 40 milhões de espectadores em televisões de diversos países, inclusive Rede Globo e HBO América Latina.

Filmografia – Longas e Documentários
A Última Floresta – 2021
Ex-Pajé – 2018
Amazônia, Planeta Verde – 2013
Uma História de Amor e Furia – 2012
As Melhores Coisas do Mundo – 2010
Chega de Saudade – 2008
Terra Vermelha – 2008
A Guerra dos Paulistas – 2002
O Bicho de Sete Cabeças – 2000
Cine Mambembe, o Cinema Descobre o Brasil – 1999
Pedro e o Senhor – 1995

Séries
Guerras do Brasil – 2019 (5 episódios)
Juventude Conectada – 2016 (5 episódios)
Educação.doc – 2014 (5 episódios)
Lutas.doc – 2010 (5 episódios)