তাঁর প্রথম পরিচালিত ছবি 'ফটিকচাঁদ'। আন্তর্জাতিক শিশু চলচ্চিত্র উৎসবে ছবিটি পুরস্কার পায়। তিনি একজন ফোটোগ্রাফার হিসেবেও সুখ্যাতি অর্জন করেন।

সত্যজিৎ রায়ের শেষ ৩টি চলচ্চিত্র- 'গণশত্রু', 'শাখাপ্রশাখা' এবং 'আগন্তুক'-এ তিনি ফোটোগ্রাফার হিসেবে কাজ করেন।

তিনি ছোটদের ম্যাগাজিন 'সন্দেশ'-এর প্রকাশক হিসেবে কাজ করেন ও করছেন। এই ম্যাগাজিন প্রকাশ শুরু করেন প্রপিতামহ উপেন্দ্রকিশোর রায়চৌধুরী। এর পর তাঁর পিতামহ সুকুমার রায় ও বাবা সত্যজিৎ রায় এই ম্যাগাজিনের হাল ধরেন।

১৯৯২ সালে বাবার মৃত্যুর পর সন্দীপ রায় যুগ্ম সম্পাদক হিসেবে কাজ শুরু করেন এবং ২০০৩ সাল থেকে বর্তমান পর্যন্ত তিনি এই ম্যাগাজিনের সম্পাদক।

তিনি বিখ্যাত গোয়েন্দা চরিত্র ফেলুদাকে নিয়ে বেশ কিছু চলচ্চিত্র পরিচালনা করেছেন। ২০০৩ সালে তিনি তাঁর বাবার লেখা ১৯৬২ সালে প্রকাশিত 'বঙ্কুবাবুর বন্ধু' গল্পের উপর ভিত্তি করে কাজ করা শুরু করেন। তিনি তাঁর নিজের লেখা কাহিনি 'হিটলিস্ট'-এর উপর ভিত্তি করে ২০০৯ সালে সিনেমা নির্মাণ করেন।

বর্তমানে তিনি 'তারিনীখুড়ো'র উপর সিনেমা বানানোর কাজ করছেন। তারিনীখুড়ো সত্যজিৎ রায়ের লেখা এক জনপ্রিয় চরিত্র।

২১ ডিসেম্বর, ২০১২ সালে তাঁর নির্মিত যেখানে 'ভূতের ভয়' মুক্তি পায়। এতে রয়েছে সত্যজিৎ রায়ের লেখা ২টি গল্প : 'অনাথবাবুর ভয়', 'ব্রাউন সাহেবের বাড়ি' ও শরদিন্দু বন্দ্যোপাধ্যায়ের লেখা ১টি গল্প : 'ভূত-ভবিষ্যত'।

২০১৪ সালে মুক্তি পেয়েছে তাঁর পরিচালিত ফেলুদার গল্প নিয়ে চলচ্চিত্র 'বাদশাহি আংটি'।

সন্দীপ রায় নির্মিত চলচ্চিত্র সমূহঃ 'ফটিকচাঁদ', 'বঙ্কুবাবুর বন্ধু', 'একের পিঠে দুই', 'সত্যজিতের প্রিয় গল্প', 'সত্যজিত রায় প্রেসেন্টস', 'কিশোর কুমার', 'গুপি বাঘা ফিরে এলো', 'উত্তরণ', 'টার্গেট', 'ফেলুদা ৩০', 'বাক্স রহস্য', 'সত্যজিতের গপ্পো', 'বোম্বাইয়ের বোম্বেটে', 'নিশিযাপন', 'কৈলাসে কেলেঙ্কারী', 'টিনটোরেটোর যিশু', 'হিটলিস্ট', 'গোরস্থানে সাবধানে!', 'রয়েল বেঙ্গল রহস্য', 'যেখানে ভূতের ভয়', 'চার', 'বাদশাহী আংটি'।

সন্দীপ রায় ১৯৫৩ সালের আজকের দিনে (৮ সেপ্টেম্বর) কলকাতায় জন্মগ্রহণ করেন।