Es principalmente reconocido por su labor en el cine de superhéroes, sobre todo por su trabajo en la productora Marvel Studios, en donde trabajó como coguionista de diversas producciones de la misma y como director y escritor de las dos primeras adaptaciones del cómic The Avengers: The Avengers (2012) y Avengers: Age of Ultron (2015). También se encargó de finalizar la producción de Liga de la Justicia para Warner Bros.

Whedon también ha trabajado en televisión como director, productor ejecutivo y creador de varias series, siendo especialmente conocido su trabajo en Buffy Cazavampiros y la serie de culto Firefly. En cómic, su trabajo más difundido lo realizó desde 2004 en Astonishing X-Men.

Los actores Gal Gadot, Ray Fisher, Charisma Carpenter, Michelle Trachtenberg y Amber Benson se han quejado públicamente del comportamiento de Whedon en los sets de grabación. WarnerMedia investigó las acusaciones de Fisher y anunció que habían tomado "medidas correctivas" en diciembre de 2020.