2008年，还在就读大三的林鹏被导演张艺谋选中参与北京奥运会开幕式及闭幕式的表演。开幕式中，她是带领孩子展开画卷的老师；闭幕式熄灭圣火环节，林鹏扮演了一个志愿者。同时因参与奥运会闭幕式表演而被成龙看中。

2010年2月，发行首张EP《我是林鹏》，收录了5首歌曲，由音乐人黄少峰制作，并因此获得中国原创音乐流行榜颁奖典礼2009年度新人大奖；2月14日，在首部电影《大兵小将》饰演女主角歌姬，与成龙、王力宏等人合作，上映一月后，票房达到1.5亿元；2月18日，与《大兵小将》剧组共同出席柏林电影节。3月，签约成龙中国公司。5月，出席第63届法国戛纳电影节。9月，获得2010风尚盛典风尚最佳电影新人奖。

2011年2月，亮相美国纽约时装周。4月，在刘亦菲主演的电影《倩女幽魂》中饰演白蛇，并演唱了该片主题曲《还泪》。9月，客串革命题材电影《辛亥革命》。

2012年1月，与周杰伦、谢霆锋共同主演部枪战动作电影《逆战》，饰演医疗队的医生Rachel。3月，以猫王造型亮相法国巴黎时装周。8月，与徐峥、许绍雄共同主演喜剧电影《搞定岳父大人》，饰演苏茜。

2013年2月，受邀参加第85届奥斯卡颁奖典礼。8月，成为第九届北京国际体育电影周宣传推广大使，并助演“我的梦”体育短片十日竞赛单元中的8分钟体育短片《火鸟》，最终短片《火鸟》、纪录片《蝴蝶梦》组合摘得银奖。12月11日，参演的体育短片《火鸟》获得第31届米兰国际体育电影电视节颁奖典礼短片单元提名奖；12月23日，凭借电影《逆战》获得第五届澳门国际电影节优秀女演员奖。

2014年4月，参与拍摄青春奇幻电影《无法触碰的爱》，担任女主角，在片中与陈龙饰演的文艺男画家相恋。6月5日，参与拍摄的惊悚电影《树杀》杀青。6月6日，与范逸臣共同主演爱情电影《分手达人》，饰演“分手速递公司”的美女老板，并与范逸臣演唱电影主题曲《我的爱懂你》。6月14日，与《天将雄师》剧组亮相上海国际电影节。

2015年2月19日，与成龙、阿德里安·布劳迪等人出演的的古装动作电影《天将雄师》上映，她在片中饰演“西域第一神箭手”冷月，是都护府霍安的左膀右臂，演绎巾帼不让须眉的西域打女形象；3月，确认与其大学同窗陈晓搭档主演古装传奇剧《帝国黄昏》；6月18日，在上海国际电影节“成龙动作电影周”活动中获得“最佳动作女星”奖；6月29日，主演的民国虐心偶像剧《恋恋阙歌》开机拍摄，她在这部改编自张国荣主演电影《夜半歌声》中饰演民国千金秦可心，与李承铉上演痴情虐恋。

2016年，加盟芒果TV出品的民国奇幻爱情剧《半妖倾城》，在剧中饰演曹艳艳。同年，与潘粤明、高圣远等共同主演黑色幽默喜剧电影《冒牌卧底》，饰演黑帮老大“狼哥”的女人，同时也是一位冷艳无情的女杀手。8月5日，客串电影《盗墓笔记》，饰演与蛇母相似的神秘女子 [38]  。8月10日，确认加盟都市剧《人间至味是清欢》，与佟大为搭档演绎夫妻。

2019年2月5日，与成龙合作主演的古装奇幻片《神探蒲松龄》上映，林鹏于片中饰演武力高强的神秘镜妖。

2019年10月23日，主演《玫瑰行者》饰演林蔷。11月，出演电视剧《心灵法医》。