ב־1968, בגיל 23, פרסם מודיאנו את הרומן הראשון שלו, "כיכר אטואל", ומאז הוא עוסק בכתיבה. הוא כתב רומנים, ספרי ילדים ותסריטים (בהם לסרט "לקומב, לוסיאן" (1974), ביחד עם הבמאי לואי מאל). עבודתו עוסקת בנושאים של זיכרון, שכחה וזהות.

ב־2014 זכה בפרס נובל לספרות. בנימוקי הפרס נכתב שזכייתו היא "על אמנות הזיכרון שבאמצעותה עורר את הגורלות האנושיים הבלתי נתפסים ביותר וחשף את עולם החיים של הכיבוש"‏.