Na filmskom platnu je debitovao 1955. godine u filmu „Pesma sa Kumbare“, a u svojoj bogatoj i plodnoj karijeri glumio je u preko 270 filmova i televizijskih serija.Snimao je filmove u kojima je igrao glavne uloge u svim bivšim jugoslovenskim republikama. Jedan je od rodonačelnika takozvanog ”Crnog talasa” u jugoslovenskom filmu, nastalog početkom šezdesetih u kojima je kontuirano nastupao sve do kasnih sedamdesetih godina. Paralelno s njima igrao je i u partizanskim filmovima u kojima se proslavio tokom 1960ih i 1970ih, a jedan od njih, „Valter brani Sarajevo“ mu je doneo veliku popularnost u Kini. Osim glume, bavio se i politikom - bio je poslanik Socijalističke partije Srbije u nekoliko mandata, a 2002. godine bio je kandidat SPS-a na republičkim predsedničkim izborima u Srbiji. Živojinović je rođen u selu Koraćici, pod planinom Kosmajem. Svoj talenat za glumu je otkrio sa 15 godina, dok je radio kao scenski radnik i ponekad kao statista u Akademskom pozorištu u Beogradu. Nakon završetka srednjih glumačkih škola u Nišu i Novom Sadu, pokušao je da se upiše na Pozorišnu akademiju u Beogradu i uspeo iz trećeg pokušaja 1954. godine. U Beogradskom dramskom pozorištu je igrao više godina, a u tom periodu je imao po 300 angažmana godišnje.
Bata Živojinović je više voleo pozorište od filma, iako je u njemu igrao samo nekoliko godina. Njegov filmski debi iz 1955. godine u filmu „Pesma sa Kumbare“ reditelja Radoša Novakovića bio je početak izuzetno plodne karijere. Živojinović, koji će uskoro postati poznatiji po svom nadimku Bata, je bez sumnje odigrao više filmskih uloga od bilo kog glumca u istoriji jugoslovenske kinematografije. Kontinuiranu filmsku karijeru, zbog koje napušta pozorište, Živojinović je započeo epizodama u „Vlaku bez voznog reda“ iz 1959. godine i „Ratu“ iz 1960. godine. Oba navedena ostvarenja je režirao Veljko Bulajić, u čijim će skoro svim kasnijim filmovima Bata Živojinović igrati glavne uloge.
Uloge Bate Živojinovića nisu bile samo velike, već i raznovrsne. Glumio je i heroje i zlikovce i lako je prelazio iz uloge glavnog u ulogu sporednog lika. Tokom šezdesetih se filmovima poput „Kozare“ (1962) (za koji je nagrađen u Puli), „Tri (film)“ (1965), „Operacije Beograd“ (1968), i „Bitke na Neretvi“ (1969) ustoličio kao jedna od najvećih zvezda kinematografije bivše Jugoslavije, ali je zenit njegove popularnosti došao tokom 1970ih filmovima sa tematikom Drugog svetskog rata. Jedan od najpoznatijih njegovih filmova iz ovog perioda je „Valter brani Sarajevo“ iz 1972. godine, koji je postigao veliki uspeh u Kini, gde je Živojinović i danas popularan. Tokom 1980ih Živojinović je parodirao na svoju sliku akcionog heroja ulogama u nizu lakih komedija.
Tokom prerioda vladavine Josipa Broza Tita snimio je dosta Partizanskih filmova bio je kako je sam isticao u medijima dobar prijatelj sa doživotnim Predsednikom Socijalističke Federativne Republike Jugoslavije Josipom Brozom Titom, takođe je bio aktivan član vladajuće Partije Saveza komunista Jugoslavije u Socijalističkoj Federativnoj Republici Jugoslaviji. Godine 1990. je izabran u Narodnu skupštinu Republike Srbije. Od 1991. je aktivan na političkoj sceni kao član Socijalističke partije Srbije. U septembru 2002. je bio kandidat Socijalističke partije Srbije na izborima za predsednika Srbije. Međutim, Slobodan Milošević, predsednik SPS kome je u to vreme suđeno u Međunarodnom sudu za ratne zločine u Hagu, je podržao kandidata Srpske radikalne stranke Vojislava Šešelja.
Živojinović je bio inicijator, osnivač i neko vreme predsednik Udruženja filmskih glumaca Srbije, takođe je bio i direktor filmskog programa Slobodarskih svečanosti u Sopotu.
Bata Živojinović je poznat po svom bliskom prijateljstvu sa hrvatskim glumcem Borisom Dvornikom. Živojinović i Dvornik su se 1991. odrekli jedan drugog u nizu otvorenih pisama, u gestu koji je bio viđen kao simbolika raspada SFRJ. 2004. je javljeno da su njih dvojica pokušala da se pomire. Pomirili su se 2006. putem video linka između Splita i Beograda. Živojinović je izjavio „poslednjih godina nije bilo mržnje između nas“, a Dvornik se nadovezao da je to bio „samo nesporazum“.
Bata Živojinović je preživeo srčani udar 17. oktobra 2006. Tri godine kasnije je imao gangrenu koju je sanirao na Kubi, da bi mu se opet povratila povredom noge na snimanju filma Led 2011. godine. Posle teškog perioda bolesti oporavljao se u banji Selters.
Od 1991. godine je aktivan u Socijalističkoj partiji Srbije (SPS). Bio je narodni poslanik u prvom sazivu Narodne Skupštine Republike Srbije 1991. Bio i predsednik Komisije za predstavke i žalbe Narodne Skupštine. 1991. godine istakao se razumnim i kompromisnim stavom prilikom studentskih protesta. Kao predstavnik SPS je na izborima održanim 2002. godine bio kandidat za predsednika Srbije i osvojio oko 120.000 glasova.