1999年参演首部电影《春天的狂想》，凭借饰演的周小玫一角获得第19届中国电影金鸡奖最佳女配角奖；同年出演首部话剧《梁祝》。2000年参演霍建起导演的电影《蓝色爱情》，凭借饰演的刘云一角获得第8届北京大学生电影节最佳女演员奖以及第21届中国电影金鸡奖最佳女主角提名。

2002年参演电视剧《有情鸳鸯无情剑》、《旋涡》；凭借电影《美丽的大脚》获得第22届中国电影金鸡奖最佳女配角奖。2003年与夏雨、梁静合作出演电影《警察有约》。2004年出演王晶导演的电视剧《小鱼儿与花无缺》，饰演苏樱一角。

2005年出演大型多媒体音乐话剧《琥珀》，该剧演出门票在香港三天内预售达到3000张，创下香港话剧的销售纪录；同年参演电影《上海伦巴》。

2006年6月主演的话剧《电影之歌》举行全国巡演；10月赴北京参与话剧《暗恋桃花源》的彩排；11月在话剧《暗恋桃花源》中饰演温柔婉约的云之凡，并演唱主题曲《暗恋》。2006年参演电视剧《花之恋》。

2007年3月凭借专辑《孤独的花朵》获得第十四届东方风云榜颁奖礼“最佳音乐录影带奖”；4月在北京王府井举办《孤独的花朵》音乐作品集签售会；5月入选“中国话剧百年名人堂”；11月获得2007大学生音乐节颁奖典礼年度最受欢迎女歌手奖。

2008年1月获得新浪网络盛典年度内地女歌手奖；7月发行EP《台北》。2009年1月发行EP《ShortStay北京》；4月凭借专辑《ShortStay台北/冲绳》获得第九届音乐风云榜年度盛典最佳EP专辑奖；10月凭借电影《如梦》获得第46届台湾电影金马奖最佳女主角提名。

2010年在《新京报》举办的“中国最美50人”评选中排名第29位。2012年出演电影《大上海》，在片中饰演一代京剧名伶叶知秋。

2013年参演电影《扫毒》，剧中袁泉饰演阿秋的妻子。同年参演电影《澳门风云2》，饰演小马妻。2014年参演电影《心花路放》；同年参演电影《黄金时代》。