En 1901, Niblo épouse l'actrice de Broadway Josephine Cohan, sœur aînée de George M. Cohan. Elle meurt précocement en 1916, l'année où il débute comme acteur et réalisateur au cinéma. En Australie, il rencontre l'actrice Enid Bennett qu'il épousera plus tard. Il se fait un nom à Hollywood avec Le Signe de Zorro avec Douglas Fairbanks qu'il réalise en 1920. Ils s'associent à nouveau l'année suivante pour Les Trois Mousquetaires, (The Three Musketeers) et dirige alors Rudolph Valentino dans Arènes sanglantes. En 1925, Niblo fut le principal réalisateur de l'épique Ben-Hur: A Tale of the Christ, l'une des plus coûteuses productions d'alors mais qui généra la troisième plus grosse recette d'un film muet dans l'histoire du cinéma.

Niblo enchaîna avec deux œuvres majeures de 1926 : The Temptress avec Greta Garbo pour son second film américain et Norma Talmadge dans Camille. Niblo travailla avec les grands noms de cette période dont Joan Crawford, Lillian Gish9, Ramon Novarro et Ronald Colman. En 1930 il réalise son premier film parlant, Redemption, avec deux grandes stars de l'époque John Gilbert et Renée Adorée.

Fred Niblo se retire en 1933 après quarante ans d'activité, tournant pas moins de 40 films dans les seules seize dernières années. Il était une personnalité majeure des premiers temps d'Hollywood et l'un des fondateurs de l'Academy of Motion Picture Arts and Sciences. En reconnaissance de son rôle dans le développement de cette industrie naissante, il a son étoile sur le Hollywood Walk of Fame au 7014 Hollywood Blvd. Son Ben-Hur a été sélectionné par le National Film Registry, dans le but de sa conservation.

Fred Niblo meurt des suites d'une pneumonie à la Nouvelle-Orléans (Louisiane) en 1948. Il est enterré au Forest Lawn Memorial Park Cemetery de Glendale (Californie). Son fils Fred Niblo Jr. (1903-1973), de son union avec Josephine Cohan, fut un scénariste à succès d'Hollywood.