Für die Rolle des Baudezernaten von Bohm in Rainer Werner Fassbinders "Lola" (1981) erhält er den Bundesfilmpreis, 1985 wird er in Montreal für den Gutsbesitzer Leon Wolny in Agnieszka Hollands "Bittere Ernte" ausgezeichnet und nach seiner aufsehenerregenden Hollywood-Karriere hat er bereits eine Oscar-Nominierung für Scott Hicks "Shine - Der Weg ins Licht" (1996) erhalten.
In den USA hat er unter Regisseuren wie Jim Jarmusch ("Night on Earth", 1991) und Barry Levinson ("Avalon", 1990), Costa-Gavras ("Music Box - Die ganze Wahrheit", 1989), Joan Micklin Silver und William Friedkin gespielt. 1996 sah man Mueller-Stahl dann in Volker Schlöndorffs "Der Unhold". Sein Regiedebüt gab Armin Mueller-Stahl 1996 mit dem Film "Gespräch mit dem Biest". "Am besten vergleicht man einen Schauspieler mit einer Geige. Wie sie hat auch er vier Saiten, er muss nur in der Lage sein, sie zu spielen." Armin Mueller-Stahl hat sich immer gegen das Klischee des Rollen-Manns zur Wehr gesetzt - wie er die Schauspieler des frühen amerikanischen Kinos, Leute wie Humphrey Bogart und Gary Cooper, bezeichnet. Das habe sich erst mit Laurence Olivier und Orson Welles verändert.
Als Kind aus einer künstlerisch begabten Familie in Ostpreußen lernte Armin Mueller-Stahl im Zweiten Weltkrieg früh Vertreibung und Heimatlosigkeit kennen. Mueller-Stahl nimmt in seiner Jugend am Städtischen Konservatorium in Berlin Violinunterricht. Vielleicht seinem Vater zuliebe, der nie seiner Neigung, Schauspieler zu werden, positiv gegenüberstand. Trotzdem wechselte der Filius an die Schauspielschule. 1954 geht Mueller-Stahl an die Berliner Volksbühne, wo er vor allem in klassischen Rollen auftritt. Mit der Fernsehrolle des Hans Röder in dem beim Publikum beliebten Mehrteiler "Flucht aus der Hölle" wird er bekannt, bald erhält er von der DEFA interessante Filmangebote, vor allem von dem renommierten Filmregisseur Frank Beyer. Bei ihm spielt er in "Fünf Patronenhülsen" (1960), "Königskinder" (1962) und "Jakob der Lügner".
Weitere Filme mit Armin Mueller-Stahl: "Nackt unter Wölfen" (1963), "Ein Lord am Alexanderplatz" (1967), "Wege übers Land" (1968), "Die Dame aus Genua" (1969), "Tödlicher Irrtum" (1970), "Die Hosen des Ritters von Bredow", "Die sieben Affären der Dona Juanita" (beide 1973), "Kit & Co. - Lockruf des Goldes" (1974), "Nelken in Aspik" (1976), "Die Flucht" (1977), "Geschlossene Gesellschaft" (1978), "Collin", "Der Westen leuchtet!", "Tatort: Freiwild" (alle 1981),"Die Sehnsucht der Veronika Voss", "Zwei Profis steigen aus", "Wohin und zurück - An uns glaubt Gott nicht mehr" (alle 1982), "Der verführte Mann", "Glut", "Ruhe sanft, Bruno" (alle 1983), "Oberst Redl", "Tausend Augen" (beide 1984), "Der Angriff der Gegenwart auf die übrige Zeit", "Hautnah", "Momo", "Unser Mann im Dschungel", "Vergesst Mozart", "Momo" (alle 1985), "Das Spinnennetz", "Der Joker", "Franza" (alle 1986), "Tagebuch für einen Mörder" (1988), "Der Gorilla und der Berliner Kongress" (1989), "Bronsteins Kinder" (1990), "Far from Berlin", "Im Glanz der Sonne", "Kafka" (alle 1992), "Das Geisterhaus", "Der Kinoerzähler" (beide 1993), "Taxandria", "Holy Days - Ich heirate eine Nervensäge", "Rotwang muss weg!" (alle 1994), "Brennende Liebe", "T-Rex" (beide 1995), "Im Angesicht meiner Feinde" (1996), "Die zwölf Geschworenen", "Projekt: Peacemaker", "Tanger - Legende einer Stadt", "The Game", "Der Commissioner - Im Zentrum der Macht" (alle 1997), "Akte X - Der Film" (1998), "Die Bibel - Jesus", die Neuverfilmung von Jakob der Lügner", "Jagd auf einen Namenlosen", "The 13th Floor" (alle 1999), "Die Manns - Ein Jahrhundertroman", "Die Kreuzritter" (beide 2001), "The Story of an African Farm", "The West Wing" (Serie, beide 2004), "Bustin' Bonaparte" (2005), "Ich bin die Andere" (2006), "Tödliche Versprechen" (2007), "Buddenbrooks", "The International" (beide 2008), "Illuminati" (2009).