Son premier contact sérieux avec le monde cinématographique se fait en 1971 par le biais de Hal Barwood qu'il avait rencontré chez Boeing. En association avec Matthew Robbins, Barwood souhaite réaliser un film de science-fiction intitulé Star Dancing et sollicite l'imagination de McQuarrie qui lui livre quatre peintures futuristes. Celles-ci impressionnent un ami de Barwood, un certain George Lucas qui parle de son projet de space opera à McQuarrie. Fin 1974, Lucas a obtenu le soutien des dirigeants de la 20th Century Fox et fait appel à McQuarrie pour définir les orientations artistiques de The Star Wars dont le scénario n'est pas encore finalisé. Reconnu comme le créateur de l'univers visuel de la saga, l'artiste traduit les visions de Lucas en représentant plusieurs scènes iconiques et souvent épiques. En plus des centaines de concepts art, il s'occupe également du matériel promotionnel et participe activement à la création des décors de la trilogie originale en réalisant quelques peintures sur verre (matte painting). Avant la pré-production de la prélogie, le producteur Rick McCallum lui propose d'être concepteur visuel mais celui-ci refuse pour raisons de santé, laissant la place à l'illustrateur Doug Chiang dont le style graphique est influencé par l'œuvre de McQuarrie.

Ralph McQuarrie apporte également ses talents sur les dessins conceptuels de Rencontres du 3ème type, la série Battlestar Galactica 78, le téléfilm The Star Wars Holiday Special et Star Trek: Planet of the Titans, un projet de film abandonné. Son prestigieux palmarès inclut les longs-métrages Les Aventuriers de l'Arche perdue, E.T. l'extra-terrestre, Cocoon (pour lequel il a remporté l'Oscar des effets visuels), Star Trek 4, Miracle sur la 8ème rue, Cabal et l'attraction Back to the Future: The Ride. Dans L'Empire contre-attaque, il fait un caméo devant une matte-painting de la base sur Hoth. Son personnage baptisé le général Pharl McQuarrie décrit comme un brillant logisticien se veut un petit hommage de Lucas pour son énorme contribution artistique. Ralph McQuarrie est décédé le 3 mars 2012 à l'âge de 82 ans.