2004年正式出道，参演首部影视作品《水兵俱乐部》，饰演窦干事。

2005年与董勇、王志飞合作主演《沉默的证人》，饰演叶小晶。

2005年主演惊悚剧《背后有人》，饰演董枫。

2006年搭档任泉、汤唯主演电视剧《生于六十年代》，车晓担纲剧中的女一号丁淑惠。同年车晓主演军旅大戏《大院子女》，饰演军官的女儿方玮。与杨娜、肖显鹏主演电影《城市的谎言》饰演于玲。

2007年主演国情婚姻剧《爱你所以离开你》，饰演郝羚一角。

2008年参与拍摄热播剧《艰难爱情》，饰演林雨馨。同年与张涵予、罗海琼合作主演电视剧《身份的证明》，饰演主角韩苓。

2009年凭借冯小刚导演的贺岁大片《非诚勿扰》中性冷淡女一角，获得第30届大众电影百花奖最佳女配角和第十九届金鸡百花电影节最佳女配角提名。5月主演电视剧《最后的99天》，饰演内心丰富的贾程程。

2010年与朱雨辰、白百何合作主演电视剧《说谎的爱人》，饰演性格独立叛逆的坏姐姐董妮。

2011年12月19日，车晓表示已与华谊解约。后签约完美世界影视李波工作室。同年在邓超、刘金山领衔主演的电影《老夫子之小水虎传奇》中饰演气泡泡一角。

2012年搭档徐峥领衔主演都市轻喜剧《大男当婚》，在剧中饰演徐若云。

2013年与胡海锋、刘威葳领衔主演电视剧《浦江危情》，饰演沈海萍。同年主演都市情感电视剧《别逼我结婚》，饰演何小河与许晴、陈武康合作主演电影《他没有两个老婆》，饰演玉莲。同年5月7日，主演的32集年代传奇电视连续剧《乱世豪情》登陆北京影视频道，剧中车晓刘威葳首演母女档。

2014年8月9日由车晓、朱雨辰、凌潇肃、高露领衔主演的都市情感励志剧《别逼我结婚》登陆江西卫视晚黄金档。同年9月参与导演滕文骥执导，滕华涛监制的都市情感剧《酸甜苦辣小夫妻》，在剧中担任女一号，饰演了一位清新靓丽的设计咨询师田丽丽，与男主角王雷上演了一场“联婚”戏码。11月25日48集当代都市情感剧《满仓进城》登陆北京影视频道首都剧场。该剧由姚远执导，聂欣编剧，于晓光、车晓领衔主演，王丽云、李明启、徐松子、刘钇彤、金巧巧等联合出演。