Inicio de su carrera cinematográfica
En 1935, Fonda debutó en el cine en The Farmer Takes a Wife, junto a la coprotagonista Janet Gaynor. Aunque había creado el papel en el escenario, Fonda no fue la primera opción para la versión cinematográfica. Su trabajo obtuvo una gran atención por parte de la crítica. En una reseña de la película, Andre Sennwald, de The New York Times, escribió fortuitamente: «El Sr. Fonda, en su debut cinematográfico, es la estrella particular más brillante de la ocasión. En el papel del virtuoso granjero, interpreta con una sencillez inmensamente ganadora que lo convertirá rápidamente en uno de nuestros actores cinematográficos más atractivos.» Fonda comenzó inmediatamente a hacer películas de tipo épico americano, como El rastro del pino solitario (1936), y se convirtió en una estrella de cine reconocida. A pesar de su éxito en Hollywood, Fonda siguió apareciendo tanto en películas como en teatro en la ciudad de Nueva York. Se casó con su segunda esposa, Frances Seymour Brokaw, en 1936. Tuvieron dos hijos juntos, Jane y Peter, que posteriormente se convirtieron en actores.
En 1939, la primera película de Fonda con el director John Ford, El joven Sr. Lincoln, recibió muchos elogios. Esto marcó el comienzo de una fructífera asociación creativa. Fonda apareció en muchas de las películas de Ford, al igual que otra leyenda de la pantalla, John Wayne. Después de que ambos hicieran Drums Along the Mohawk (1939), Ford estaba ansioso por darle el papel de Tom Joad en la versión de 1940 de Las uvas de la ira, de John Steinbeck. Sin embargo, para conseguir el papel, Fonda tuvo que firmar un contrato de siete años con 20th Century-Fox. El resultado fue una de las mejores interpretaciones de Fonda, que cimentó su reputación de actor emocionalmente honesto y poderoso. Desgraciadamente, el contrato también supuso que Fonda se viera obligado a aceptar papeles que probablemente no habría aceptado de otro modo. Por ejemplo, apareció en la comedia de 1941, Lady Eve. Aunque recibió algunos elogios por este trabajo, el género en su conjunto no era su fuerte.
A principios de la década de 1940, durante el inicio de la participación estadounidense en la Segunda Guerra Mundial, Fonda quería servir en el ejército. El jefe de la 20th-Centur Fox, Darryl Zanuck, trabajó entre bastidores para que esto no sucediera. Después de completar El sargento inmortal y El incidente del arco del buey en 1942, Fonda se ofreció como voluntario para la Marina de los Estados Unidos, aunque estaba exento de servir. Fonda trabajó en operaciones e inteligencia de combate aéreo. Por su heroísmo, obtuvo la Estrella de Bronce y una mención presidencial. Antes de ser licenciado en 1945, Fonda alcanzó el rango de teniente.
Terminado su período de servicio, Fonda volvió brevemente al cine antes de concentrarse en el teatro. Después de su valiente y tranquilo papel de Wyatt Earp en My Darling Clementine (1946) de John Ford, Fonda apareció en Fort Apache (1948) de Ford. El papel de Fonda en Fort Apache mostró una faceta diferente de su capacidad interpretativa: su personaje era más oscuro, malvado y un poco estirado. Fue su último papel protagonista en el cine durante siete años.
En 1948, Fonda volvió a Broadway y protagonizó Mister Roberts. No se perdió ninguna de las 1077 representaciones del espectáculo de larga duración, y más tarde afirmó que éste era uno de sus papeles favoritos. Fonda fue alabado por sus logros, recibiendo elogios de la crítica por sus genuinas interpretaciones. Posteriormente recreó el papel en una gira nacional. Durante el rodaje de Mister Roberts, el tumultuoso matrimonio de Fonda con Frances Seymour Brokaw llegó a su fin. Mentalmente inestable durante gran parte de su matrimonio, se suicidó el 14 de octubre de 1950, cuando Fonda le exigió el divorcio. Fonda se casó por tercera vez con Susan Blanchard, el 28 de diciembre de 1950. Adoptó a su hija, Amy, de una relación anterior. La pareja se divorció en 1956.
Aunque Fonda siguió apareciendo en Broadway en la década de 1950, en obras como Point of No Return (1951) y The Caine Mutiny Court Martial (1953), también volvió al cine. Su primer proyecto fue una versión cinematográfica de Mister Roberts (1955). Esta fue la última colaboración entre Fonda y John Ford, que tomó el timón de la dirección a petición de Fonda. Sin embargo, tenían opiniones completamente opuestas sobre la interpretación, lo que dio lugar a enfrentamientos físicos. Ford enfermó y no pudo terminar la obra, por lo que Mervyn Le Roy se hizo cargo de la dirección. Aun así, Fonda nunca estuvo contenta con el resultado de la película.
Fonda tuvo un éxito desigual con las películas a lo largo de las décadas de 1950, 1960 y 1970. Aunque muchos críticos creían que estaba mal encasillado en el papel de Pierre, otros alaban su trabajo en Guerra y Paz (1956). La única vez que Fonda actuó como productor de cine fue para Twelve Angry Men (1957), en la que también tuvo un papel protagonista como el miembro del jurado que salva la vida del acusado. Interpretó papeles políticos en varias películas a principios de la década de 1960, incluyendo un papel como presidente de los Estados Unidos en Fail-Safe (1963). Fonda siguió explorando su lado oscuro interpretando a villanos en varias ocasiones, principalmente en westerns como Firecreek (1968) y Once Upon a Time in the West (1969) de Sergio Leone. Fonda se casó con su cuarta esposa, la condesa Adfera Franchetti, el 10 de marzo de 1957. Se divorciaron en 1962. Fonda se casó por quinta y última vez con la modelo y azafata Shirlee Adams, en 1965.
Profesionalmente, Fonda se concentró en el teatro y la televisión. En 1959, fue coproductor y protagonista de la efímera serie The Deputy. En 1962, volvió a Broadway para aparecer en A Gift of Time con Olivia De Havilland. Fonda hizo un segundo intento en una serie de televisión en 1971-72 como el patriarca de La familia Smith. Uno de los últimos papeles importantes de Fonda en el teatro fue el de Clarence Darrow en un espectáculo unipersonal. Desde 1974 hasta 1975, Fonda interpretó este papel en Broadway y en una gira nacional. Antes de una de las representaciones, sufrió un colapso entre bastidores y se vio obligado a instalar un marcapasos en su corazón. Esto marcó el inicio de frecuentes problemas de salud. A pesar de las frecuentes hospitalizaciones, Fonda siguió trabajando.
El último papel cinematográfico de Fonda fue uno de los más memorables y aclamados. En 1981, apareció en On Golden Pond en el papel de un viejo e irascible profesor que reflexiona sobre su vida, intenta hacer las paces con su hija (interpretada por la hija de Fonda, Jane) y se enfrenta a sus propios temores sobre la muerte. Vincent Canby, de The New York Times, escribió: «El Sr. Fonda hace una de las mejores interpretaciones de su larga y distinguida carrera. Se trata de una actuación cinematográfica del más alto nivel: al verlo en On Golden Pond, se ve la inteligencia, la fuerza y la gracia de un talento que ha estado madurando en la pantalla durante casi 50 años». Fonda ganó su único premio de la Academia por este papel, poco antes de su muerte. Murió de un fallo cardíaco el 12 de agosto de 1982, en Los Ángeles, California. Tenía 77 años.