2004年，出演崔琳执导的军旅题材电视剧《水兵俱乐部》，而这也是她的首部影视剧作品。2005年，与董勇、王志飞合作主演公安题材电视剧《沉默的证人》，饰演敬业的法医叶小晶；同年，主演彭芾执导的悬疑惊悚剧《背后有人》。

2006年，与任泉、汤唯合作主演爱情伦理剧《生于六十年代》，饰演关昊的爱人丁淑惠；4月，出演年代情感剧《大院子女》，饰演军官的女儿方玮。2007年，在都市情感剧《爱你所以离开你》中，饰演北京某广告公司的设计师郝羚。

2008年，主演田有良执导的都市爱情剧《艰难爱情》，饰演孟皓的妻子林雨馨；同年，与张涵予、罗海琼合作主演反特电视剧《身份的证明》，饰演瞿皓明的女友韩苓。2009年5月，与张涵予、段奕宏合作主演谍战爱情剧《最后的99天》，饰演地下党电台发报员贾程程。

2010年，凭借爱情喜剧片《非诚勿扰》获得第30届大众电影百花奖最佳女配角提名和第十九届金鸡百花电影节最佳女配角提名；同年，与朱雨辰、白百何合作主演家庭伦理剧《说谎的爱人》，饰演性格独立、叛逆的坏姐姐董妮。

2011年12月19日，车晓与华谊解约，后签约完美世界影视工作室；同年，与邓超、刘金山合作配音动画类电影《老夫子之小水虎传奇》。2012年，与徐峥、马苏领衔主演都市轻喜剧《大男当婚》，在剧中饰演高雅端庄的高级金领徐若云。

2013年，主演董志强执导的年代情感剧《浦江危情》，饰演善良单纯、清新秀美的进步女青年沈海萍；3月，搭档许晴主演爱情喜剧《他没有两个老婆》，饰演性格温婉细腻，对婚姻生活充满渴望的玉莲。

2014年8月9日，领衔主演的都市情感励志剧《别逼我结婚》登陆江西卫视晚黄金档，她在剧中则饰演了温婉大气、善良懂事的何小河；9月，主演滕文骥执导的都市情感剧《酸甜苦辣小夫妻》，在剧中担任女一号，饰演了一位清新靓丽的设计咨询师田丽丽；11月，主演当代都市情感剧《满仓进城》，饰演在陕北大梨树村插队的省城女知青景梅；同年，在都市轻喜剧《我爱男保姆》中，饰演时而高贵大方，时而朴素低调的高雅文。

2015年，与赵丽颖、郑恺合作出演都市职场情感剧《加油吧实习生》，饰演专门“折磨”实习生的高管郝敏；3月，出演朱锐斌执导的古装玄幻剧《青云志》；随后，客串古装传奇电影《大唐玄奘》。

2016年5月31日，与孙红雷、关晓彤领衔主演的都市情感剧《好先生》在浙江卫视首播，而她在剧中则饰演了陆远前任未婚妻甘敬，该剧在两大卫视平台收视破3.4，位列同时段第一 。

2017年3月，主演潘越执导的都市情感轻喜剧《桔子街的断货男》，饰演在美国出生的移民二代姚安娜；5月，领衔主演的励志情感剧《青恋》在湖州市开机，饰演投资行业的金领丽人沈聆；8月，领衔主演动作悬疑网络剧《谜·途》；9月，车晓与母亲王丽云共同参加北京卫视原创跨界喜剧竞技秀节目《跨界喜剧王》的录制。

2018年7月，搭档郭涛主演的都市剧《江河水》在南通开拍，饰演江河前妻丁薇薇。2019年9月22日，与任重、郭晓东合作主演的都市情感剧《激荡》首播，饰演知书达理，善解人意，是当时的高知女性林霞。

2020年2月18日，与黄轩、佟丽娅合作出演的都市剧《完美关系》播出，在剧中饰演聂灵子。

2020年9月2日，参演电视剧《亲爱的自己》定档9月7日于湖南卫视金鹰独播剧场播出、芒果TV全网独播。