30歳でジェームズ・ボンド役に抜擢されたコネリーは、1962年の『007 ドクター・ノオ』から始まり、『007 ロシアより愛をこめて』、『007 ゴールドフィンガー』、『007 サンダーボール作戦』、『007は二度死ぬ』の7作品に出演。その後、スパイ映画シリーズからは一時的に離れたが、1971年の『007 ダイヤモンドは永遠に』、そして数年後の1983年には、番外編の『ネバーセイ・ネバーアゲイン』で復帰し、これが彼の最後の007の出演となった。
コネリーが、ボンド役にキャスティングされたのは、彼の“動物的な魅力”のおかげだと、1983年のローリングストーン誌のインタビューでプロデューサーは語っている。数年前、マフィアのボスであるミッキー・コーンからの脅迫電話を受け、20世紀フォックスと契約中にもかかわらず、ハリウッドから一時的に追い出されることとなった。その後、『007 ドクター・ノオ』に出演するまでに、イギリス映画界での地位を確立していった。
ボンド時代も、アルフレッド・ヒッチコック監督の『マーニー』やシドニー・ルメット監督の『丘』、『ショーン・コネリー/盗聴作戦』にも出演した。007シリーズのおかげで一躍有名になったコネリーだが、1974年のカルト的なSF映画『未来惑星ザルドス』や『オリエント急行殺人事件』、1977年の『遠すぎた橋』など、気さくなスパイとは対照的な役柄も演じている。
『アンタッチャブル』では、ケビン・コスナー監督のエリオット・ネスと並んでシカゴの警察官を演じ、アカデミー賞助演男優賞を受賞。その後、瞬く間にハリウッドで最も人気の相棒役として活躍。ハリソン ・ フォードとは、『最後の聖戦』のインディ ・ ジョーンズの父として、アレック ・ ボールドウィン とは、『レッド・オクトーバーを追え』のハント役、ニコラス ・ ケイジ とは『ザ・ロック』で、コンビ役を演じた。最後にスクリーンに登場したのは、2003年に公開された『リーグ・オブ・レジェンド/時空を超えた戦い』の映画化で、アラン・クウォーターメインを演じた。
俳優のヒュー・ジャックマンは、「ショーン・コネリーに憧れて育った。スクリーンの中でも外でも、レジェンドだ。安らかに」。と、追悼コメントを発表した。
