2006年,她主演了第一部电视剧《与青春有关的日子》,进入娱乐圈。2011年凭借治愈爱情电影《失恋33天》被观众熟知,并获得第31届百花奖大众电影最佳女主角奖。同时获得第49届台湾金马奖最佳女主角提名,第15届华表奖最佳女主角提名。2012年,她因主演职场剧《沉浮》获得第19届上海电视节白玉兰奖最佳女主角提名。2013年,她凭借爱情片《被偷走的五年》入围第16届上海国际电影节最佳女主角。同年,她主演了喜剧电影《私人订制》
。
2015年6月,白百何工作室成立;随后她凭借奇幻电影《捉妖记》获得第13届长春电影节中国最佳女演员奖。同年,她还受到了励志电影《滚蛋!肿瘤君获得第十六届中国电影观察奖优秀女演员奖,第七届中国电影导演协会年度女演员,第二十三届北京大学生电影节最佳女演员。2016年凭借剧情片《火锅英雄》获得第八届澳大利亚icff最佳女演员奖。同年,她还获得了中国电影国际传播杰出贡献奖。2017年主演警匪动作片《绑匪》,都市医疗行业励志剧《正义探索者》。