Il est la mémoire vivante du cinématographe, l'un des derniers des chartistes solitaires du 7 art, ne laissant à nul autre le soin de mettre en fiches l'univers filmique, d'en analyser les structures, d'en disséquer les uvres et les styles. Dès 1924, il anime des ciné-clubs et collabore aux revues d'avant-garde ; en 1928, il est assistant de son ami Pierre Chenal pour un court métrage consacré, comme par hasard, aux coulisses d'un tournage : Paris cinéma. En 1932, il est acteur de Jean Renoir dans la Nuit du carrefour, puis dans divers spots publicitaires. En 1936, il est auprès d'Henri Langlois et Georges Franju pour la création de la Cinémathèque française. Au lendemain de la guerre, il se lance dans le film expérimental, cherchant des équivalents cinématographiques aux rythmes musicaux (Pacific 231, 1949) ou plastiques (Images pour Debussy, 1951). En 1959, il s'attelle à la réalisation d'un long métrage « commercial », Énigme aux Folies-Bergère : c'est une impasse, il en convient tout le premier. Mais sa tâche la plus ambitieuse est la publication d'une monumentale Histoire du cinéma qui entend se démarquer des travaux de Sadoul ou de Bardèche et Brasillach par une plus grande rigueur idéologique et philosophique, une « psychologie des formes » qui tient compte des acquis de la pensée moderne. Les partis pris n'en sont pas absents, mais ils sont honnêtement affirmés. Parallèlement à ce travail d'analyse, Mitry a édifié une gigantesque Filmographie universelle (qui totalise à ce jour 30 volumes), publié des essais théoriques (Esthétique et Psychologie du cinéma, 1963), des monographies (sur Chaplin, Eisenstein, Griffith, Ince, etc.), et même des recueils de poésie, assumé des besognes pédagogiques (à l'IDHEC, à l'université de Paris I, notamment) ou d'animation.
