Sergio Sollima est l’un des trois « Sergio » qui ont donné au western italien dit « spaghetti » ses lettres de noblesse. Sergio Leone a lancé le genre avec une façon de « chorégraphier » ses scènes à en distordre le temps et l’espace en y montrant une violence inédite et à l’habillage visuel, il injecte un habillage mélodique signé Ennio Morricone qui révolutionne le western. Sergio Corbucci signe deux grands westerns. L’un totalement nihiliste « Le grand Silence » (« Il grande Silenzio« ) (1968), l’autre plus solaire « El mercenario« (1968). Il signe d’autres westerns dignes d’intérêt : « Django » (1966) qui sera un grand succès en salle, « Navajo Joe » (1966) « Compañeros » (1970), « Mais qu’est-ce que je viens foutre au milieu de cette révolution? » (1972) comédie-western.
Sergio Sollima n’a tourné que 3 westerns dont deux chefs d’oeuvre et le troisième avec de belles qualités malgré un budget assez restreint.
Sergio Sollima est typiquement un réalisateur de « filone » (filons) genres passés à la moulinette de Cinecittà. (Film d’aventures, espionnage, western, policier, horreur…)
Après trois films d’espionnage (Agent 3S3, passeport pour l’enfer » (« Agente 3S3, passaporte per l’inferno« ) (1965) puis « Agent 3S3, massacre au soleil » (« Agente 3S3, massacro al sole« ) (1966) tournés sous le pseudonyme de Simon Sterling et « Un certain monsieur Bingo » (« Requiem per un agente segreto« ) (1966) sous son vrai nom. Le dernier reçoit un beau succès en salles.
Sergio Sollima se lance alors dans le western italien. Il a pour scénaristes Sergio Donati et Franco Solinas. Sergio Donati a déjà travaillé pour Sergio Leone sur le scénario du film « …Et pour quelques dollars de plus » (« Per qualche dollaro in più« ) (1965).
« Colorado » titre français médiocre pour « La resa dei conti » oriente le western italien vers le film politique. Avec Damiano Damiani (« El Chuncho« ) (« Quièn sabe?« ) (1966) il est un des rares a s’être lancé sur cette voie.
Il récidive toujours sur le western politique avec « Le dernier face à face » (« Faccia a faccia« ) co-écrit avec Sergio Donati ces westerns à l’italienne sont parmi les plus grands western italiens. Ambitieux par leur propos et dans leur mise en forme, Sergio Sollima réalisateur peu prolifique enchaîne deux œuvres maîtresses. Il est au sommet de sa carrière.
Ses westerns sont moins chorégraphiés que ceux de son aîné Leone, mais ils bénéficient pour les deux meilleurs d’une musique géniale signée Ennio Morricone qui montre que sans Sergio Leone il peut composer des chefs d’oeuvre pour le western.
« Saludos Hombre » (1968) qui reprend le personnage du péon mexicain de « Colorado » par manque de moyen n’est plus à la hauteur des deux films précédents. Peut-être aussi est-ce l’absence d’un grand nom du scénario au générique qui
D’ailleurs il se détourne du western et du film politique pour tourner le thriller « La cité de la violence » (« Città violenta« ) (1970) puis un giallo « Le diable dans la tête » (« Il diavolo nel cervello« ) (1972) puis un poliziesco « La poursuite implacable » (« Revolver« ) (1973). Tous ses films sont honorables mais ne sont plus aussi bons que ses deux premiers westerns.
En 1976 Sergio Sollima tourne ce qui le rendra définitivement populaire auprès du public italien. La série télévisée en 6 épisodes « Sandokan » suivie de deux longs métrages avec le même héros « Le corsaire noir » (« Il corsaro nero« ) (1976), puis « Le 
tigre est encore vivant : Sandokan à la rescousse » (1977).
Par la suite Sergio Sollima tournera pour la télévision. Le cinéma italien dans les années 1980 est moribond et n’offre plus d’opportunités aux « petits maîtres italiens » du cinéma.
Son ultime film sera une suite des aventures de Sandokan « Le fils de Sandokan » tourné pour la télévision en 1998.