A filmezés azért érdekelte, mert imádta a képet, a történeteket, és lenyűgözte a film világa. Időszerű közéleti gondokat feszegetett a hetvenes években forgatott Magányosok klubja és a Minden szerdán című filmje (utóbbiban Jiří Menzel Oscar-díjas rendező is látható volt). A kamaszok „ragasztózásáról” szóló Kilencedik emelet (1977), amelyet ő maga a legkeményebb filmjének tart, elnyerte az oberhauseni filmfesztivál nagydíját. A cigány témájú Koportos című filmet egy csángó fiú és egy német lány „vegyes házasságának” témáját középpontba állító Együttélés követte. A csalás gyönyöre az érzelmi elbizonytalanodásról szól (ennek zenéjét az olasz Ennio Morricone komponálta).

A mi gólyánk című, 1998-ban készült „néma” dokumentumfilmje a Somogy megyei Mesztegnyőn télre ottrekedt gólya és a falusiak között kialakuló különleges kapcsolatról, a mitologikus jelentést hordozó madár és a megmentésére szövetkező emberek viszonyáról szól. A mű számos nemzetközi elismerést nyert: megkapta az Európai Filmakadémia legjobb európai rövidfilmnek járó díját is.

Ezt követte a csongrádi Pitvaros községben forgatott, több díjat nyert Táncrend. 2008-ban Kishalak… Nagyhalak címmel az orvhalászokról forgatott dokumentumfilmet. A tér című, 2013-ban készült dokumentumfilmje – amely a Budapest XII. kerületében épült Turul-szobor fogadtatását, politikai hullámveréseit és a tér életét követi nyomon – azt mutatja be, miként tör be a politika egy civil lakás ablakán keresztül.

Férjével, Böszörményi Gézával együtt több forgatókönyvet írt, első közös sikerük az Ismeri a szandi-mandit? című játékfilm volt 1969-ben. 1988-ban közösen rendezték a Böszörményi Géza internálásának körülményeit megidéző Recsk 1950–1953, Egy titkos kényszermunkatábor története című politikai dokumentumfilmet. Az alkotás elnyerte az év legjobb európai dokumentumfilmjének járó Félix-díjat, a témából 1996-ban Szökés címmel (főszerepben a lengyel Daniel Olbrychskivel) játékfilmet is forgattak. Közösen készítették 1988-ban a „Faludy György, költő” című portréfilmet, majd 1991-ben a „…hol zsarnokság van…” című dokumentumfilmet Sárközy Endréről, az ötvenes években halálos ítéletek sorát hozó bíróról. Ez a filmjük 21 évig állt a dobozban, mert a bíró a film- szemlés bemutató után visszavonta korábbi hozzájárulását a vetítéshez.

Gyarmathy Lívia és Böszörményi Géza együtt kaptak Kossuth-díjat 2000-ben, és együtt lettek a magyar mozgókép mesterei 2004-ben.

Az Európai Filmakadémia tagjainak sorába is beválasztott alkotó, akinek minden munkája mély empátiáról és emberismeretről tanúskodik, egy nyilatkozata szerint az olyan filmeket szereti, amelyek képesek arra, hogy „az ember humánumát fejlesszék, érzelmeket keltsenek”. Azt vallotta: meg kell találni a témát, és úgy kell megvalósítani, hogy elvarázsolja a nézőt.