2002年，拍摄毕业作品《我在天堂等你》。凭借该剧荣获第十五届上海白玉兰戏剧表演艺术奖女主角奖、2002年全军新剧目展演、个人表演二等奖；此剧获五个一工程奖，荣获国家大奖荣立三等功。

2006年，与王学兵，梁静，林好等主演电视剧《桃花灿烂》饰演水香。

2008年，因出演《女人一辈子》中“陶小桃”一角，获得第十四届上海电视节白玉兰奖最佳女主角提名。

2009年，主演《杨贵妃秘史》，殷桃扮演“杨贵妃”这一角成为各大网站的热门搜索人物。参演《鹰隼大队》，殷桃、沙溢、林永健、胡亚捷、高亚麟、周晓斌、刘敏、谭涛、姬晨牧等空政演员主演。“军旅之花” 殷桃在剧中扮演一位中航服务队的武器专家，帮鹰隼大队飞行员调试飞机，配合他们做一些试验。为了参演《鹰隼大队》，殷桃还不惜推掉不少片约。殷桃参演《苍穹之昴》，殷桃则在剧中变身为神秘的张夫人。参演战争情感大戏《延安爱情》的拍摄，该剧由导演曹保平执导。殷桃倾情演绎女一号苏贞，是一名为共产主义理想奔赴延安的进步青年。

2010年，殷桃领衔主演的宫廷大戏《苍穹之昴》于1月2日在日本NHK电视台播出，收视率超过同期NHK重点大河剧《龙马传》，引起了日本观众的广泛关注。

2011年，殷桃在央视春节联欢晚会上表演节目《过年回家》。10月出任久保田利伸歌曲《无法用言语表达》MV的女主角。

2012年，国家广电总局出版的#2012年优秀电视剧选集#影碟套装一共收录了30部作品，温州一家人、延安爱情上榜。《温州一家人》入选2012全球华人十大电视剧（亚洲周刊）。殷桃在剧中饰演“温州女儿”周阿雨，上演了一段 “小人物”的异国创业史。4月，参与中国首部防灾题材动画电影《今天·明天》制作，为女主角夏娜配音。9月搭档张国强出演电视剧《无贼》 。

2013年4月4日，北京电视节目交易会表彰典礼“北京电视剧之夜”——年度优秀电视剧荣誉表彰活动昨晚在京举行，电视剧《温州一家人》荣获“2012年度观众喜爱的优秀电视剧”称号。9月参演电视剧《假如幸福来临》。

2014年8月10日，都市生活喜剧《我为儿孙当北漂》在北京开机，殷桃剧中饰演北漂夫妻四川姑娘田蓓蕾。同年殷桃主演的电视剧《无贼》，该剧12月20日在北京卫视红星剧场播出。同年参演都市爱情剧《假如幸福来临》，扮演女主角叶百合。出演3D犯罪悬疑电影《警察故事2013》，殷桃在片中饰演京城著名“妈妈桑”兰兰。

2015年，出演《临时演员》与热依扎、郑凯等合作。同年7月，民国大片《那些女人》顺利杀青，殷桃首次挑战风情角色，饰演一位乱世中水乡歌女惠姑娘。9月，电视剧《生死血符》在中央八套黄金强档播出，殷桃此次在剧中扮演宋美龄。10月17日电视连续剧《检察官》开机，殷桃饰演夏静茹。11月浙商现实题材电视剧《鸡毛飞上天》开机，殷桃饰演骆玉珠。

2016年8月28日，电视剧《爱情的边疆》（又名《雪乡绝恋》）在大连开机。

2017年6月，殷桃凭借《鸡毛飞上天》获得第23届上海电视节-白玉兰奖最佳女主角奖。

2018年9月28日，殷桃领衔主演的国庆献礼剧《你迟到的许多年》登陆湖南卫视，在剧中饰演自由前卫、于爱情与理想之间颠簸的白衣天使莫莉；9月28日，凭借《那些女人》获得第16届平壤国际电影节最佳女配角奖。

2019年10月，入围第六届“中国电视好演员”蓝组女演员候选名单。

2020年，主演电视剧《涩女郎》。