A los 10 años Randal quedó fascinado por la película Los diez mandamientos (1956), y desde entonces quiso hacer carrera en el cine.

La película más conocida y exitosa de Kleiser es Grease (1978) con John Travolta.

Otras películas suyas conocidas son La laguna azul (1980) con Brooke Shields y la adaptación de la novela de Jack London Colmillo blanco (1991).

La filmografía de Randall Kleiser también incluye algunas pequeñas apariciones como actor como en el Circuito (2001) y Susan's Plan (1998).

En calidad de tal ha participado en películas como Tron (1982) Carrie 2: La ira (1999) y X-Men: The Last Stand (2006).