2000年2月14日霍思燕參演的電視劇《
貧嘴張大民的幸福生活》正式播出，這是霍思燕的第一部正式電視劇，在劇中飾演張大雪。2001年，霍思燕與俞飛鴻、何中華等主演的的電視劇《
少年天子》，霍思燕飾演的是一個(gè)忍辱負(fù)重、才貌雙全的“完美女人烏云珠。
2005年霍思燕和潘虹再度合作，聯(lián)合蔣欣、楊蕊、六小齡童、鄭國(guó)霖等主演的古裝神話(huà)情感劇《歡天喜地七仙女》于7月21日正式首播，霍思燕在該劇中飾演女主角七仙女紫兒。
2006年霍思燕在與林志穎、唐寧、楊冪等主演的古裝神話(huà)悲劇《
新聊齋志異》中首度飾演女鬼秋榮并與聶遠(yuǎn)主演的悲情劇《像風(fēng)一樣離去》中首次飾演女一號(hào)喬可欣；同年在與邱心志、戴春榮主演的古裝清裝悲劇《
楊乃武與小白菜》中飾演女一號(hào)小白菜并在古裝宮廷劇《大清后宮之還君明珠》中客串沈吟秋一角。此外，霍思燕首次主演的電影《
我要成名》于9月1日上映，該片由香港導(dǎo)演劉國(guó)昌執(zhí)導(dǎo)，匯聚了爾東升、陳果、梁家輝、劉青云等演員，霍思燕飾演女一號(hào)吳曉菲，霍思燕憑借該片入圍第二十六屆中國(guó)香港金像獎(jiǎng)最佳新人獎(jiǎng)和中國(guó)香港電影金紫荊獎(jiǎng)最佳新人獎(jiǎng)，并獲得中國(guó)電影導(dǎo)演協(xié)會(huì)最佳新人銀獎(jiǎng)。
2007年霍思燕首次參演的戰(zhàn)爭(zhēng)劇《
西安事變》在中央電視臺(tái)播出，霍思燕在該劇中飾演四小姐趙一荻。
2008年霍思燕與吳樾、黃維德主演的《江湖往事》于2月20日播出，霍思燕飾演女主角趙小靈，這是霍思燕首次出演打女；2月22日，霍思燕與陳鍵鋒、嚴(yán)寬主演的民國(guó)情感劇《最后的格格》在多地播出，霍思燕飾演女一號(hào)云香格格。
2009年霍思燕與鐘漢良、何晟銘、孫菲菲、鄧萃雯主演的民國(guó)武俠情感劇《玫瑰江湖》于春節(jié)期間在廣州電視臺(tái)播出，霍思燕飾演女一號(hào)君綺羅，這是霍思燕首次擔(dān)綱出演了一個(gè)“大女人”類(lèi)型的角色；同年繼《貧民張大嘴的幸福生活》之后，霍思燕再次出演百姓題材，與馮紹峰主演的現(xiàn)代電視劇《夫妻一場(chǎng)》播出，霍思燕飾演女主角寧小燕，這也是霍思燕首次飾演媽媽。
2010年霍思燕、李晨主演的都市情感劇《孽緣》播出，收視超過(guò)《三國(guó)》、《楊貴妃秘史》等，以2.64的收視率和5.31的市場(chǎng)份額成為2010年上半年全國(guó)收視冠軍，霍思燕飾演的女主角汪海靈在遭遇性侵犯和友人背叛、父母辭世等一系列打擊后，在生活中重拾勇氣，獲取新生，因而霍思燕被稱(chēng)為“堅(jiān)強(qiáng)女性代言人”；此外，霍思燕與歐陽(yáng)震華等主演的神話(huà)劇《
天師鐘馗》以及與朱雨辰主演的都市愛(ài)情劇《愛(ài)要有你才完美》先后播出并獲得同時(shí)段收視冠軍。
2011年霍思燕再度與李晨主演的電視劇《風(fēng)車(chē)》在北京衛(wèi)視播出，霍思燕飾演女一號(hào)北兆。電影方面，霍思燕參演筷子兄弟的電影《父親》和短片《
贏(yíng)家》，飾演霍燕燕；霍思燕與李宗翰、李心潔主演的推理奇情片《夢(mèng)游3D》上映，霍思燕憑借該片入圍東京國(guó)際電影節(jié)影后。
2012年霍思燕與范冰冰、馮紹峰主演的電影《
二次曝光》上映，票房過(guò)億，這是霍思燕首部過(guò)億票房；與歸亞蕾、楊洋、藍(lán)正龍、張孝全等主演的經(jīng)典翻拍電影《飲食男女2012》9月23日，北京首映，霍思燕飾演女一號(hào)瓦兒。
2013年霍思燕與張曉龍、陳紫函主演，任泉工作室、上海劇帝影視傳媒有限公司、萬(wàn)達(dá)影視聯(lián)合出品的都市情感勵(lì)志輕喜劇《愛(ài)情面前誰(shuí)怕誰(shuí)》于9月28日在浙江衛(wèi)視黃金檔，中央電視臺(tái)一套十一檔同步播出，霍思燕轉(zhuǎn)型首次挑戰(zhàn)“女漢子”于小漁，該劇播出后便排名黃金檔收視第一名，整個(gè)播出期穩(wěn)定在黃金檔收視前二名。
2014年4月霍思燕與雷佳音等聯(lián)合主演電視劇《我的媳婦是女王》，飾演女一號(hào)開(kāi)心；11月與丈夫杜江合作出演現(xiàn)代劇《再見(jiàn)，老婆大人》，該劇將于2016年播出。
2015年2月12日霍思燕與李晨、杜江等主演的電視劇《草帽警察》在中央電視臺(tái)電視劇頻道首播，霍思燕在劇中飾演女主角，一名熱辣的村花趙小靜，該劇也是其首次出演村姑的角色；4月21日出演電影《
羅曼蒂克消亡史》；5月9憑借《草帽警察》獲得第二屆中美國(guó)際電視節(jié)最佳女主角獎(jiǎng)。8月，都市時(shí)尚輕喜劇《待嫁三千金》在北京開(kāi)機(jī)，霍思燕、王陽(yáng)明、陶慧、周楚楚、曹璐傾情主演。
