1997年，佘詩曼在瑞士念完酒店管理后返回香港，在媽媽的提議下去參加了香港小姐選秀比賽，最終獲得總決賽季軍，其后與香港無線電視臺簽約，從而正式進入演藝圈。
1998年，佘詩曼出演了個人首部電視劇，她在時裝勵志劇《明天不一樣》中飾演了男主角陳力行的妻子、工程部部門主任麥婉儀；同年，佘詩曼被監制李添勝選中，并在其執導的根據金庸同名小說改編的古裝武俠劇《雪山飛狐》中飾演明辨是非、心地善良的苗若蘭。
1999年3月29日，佘詩曼與古天樂、宣萱等眾多藝人共同主演的時裝劇《刑事偵緝檔案IV》播出，而她則在劇中飾演了溫柔婉若又孝順的女警文婉蘭 。
2000年7月10日，佘詩曼與張智霖合作主演的時裝愛情劇《十月初五的月光》首播，她在劇中飾演樂觀開朗、活潑好動的女主角祝君好，該劇在播出后以平均收視36點、最高收視46點的成績刷新香港電視收視記錄，而她亦憑借該劇獲得萬千星輝頒獎典禮我最喜愛的電視角色及我最喜愛的拍檔獎等獎項；同年11月20日，她還與林家棟、江華、吳美珩等合作主演了古裝武俠劇《碧血劍》，并在劇中飾演了長平公主阿九 。
2001年4月9日，主演古裝武俠劇《倚天屠龍記》，在劇中飾演外表美麗溫柔、冰雪聰明的峨眉派第四代掌門周芷若；8月，與羅嘉良、向海嵐合作主演愛情劇《七姊妹》，在劇中飾演雖嬌縱放任卻對愛情專一的富家女黃玉簪；10月，在劉仕裕執導的民國劇《酒是故鄉醇》中飾演個性潑辣的黎順風，并憑借該角色獲得萬千星輝頒獎典禮我最喜愛的電視角色獎。
2002年3月，佘詩曼與陳鍵鋒合作主演了醫療時裝劇《紅衣手記》，她在劇中飾演內心簡單、熱愛生命的護士學校一年級生郁采玲 ；隨后，她與郭晉安合作主演的時裝愛情劇《情牽百子柜》首播，她在劇中飾演樂觀開朗、聰明能干的吳倩如；同年，她還客串了古裝神話劇《無頭東宮》。
2003年2月24日，佘詩曼與歐陽震華合作主演的古裝懸疑劇《洗冤錄II》首播，她在劇中飾演為人公正、有原則的阮玉珠；3月24日，主演古裝宮廷劇《帝女花》，她在劇中演活潑開朗、心地善良的長平公主，并憑借該角色獲得萬千星輝頒獎典禮我最喜愛的電視角色獎；同年，她還與劉松仁、趙雅芝、張智霖等合作主演了民國愛情劇《西關大少》，并在劇中飾演了出身寒微、愛抱打不平何雙喜。
2004年5月24日，佘詩曼與郭羨妮、楊思琦合作主演了匪警愛情劇《無名天使3D》，她在劇中飾演不拘小節、率性而為的中環警署探員姚麗花 [18]? ；同年8月23日，與黎姿、鄧萃雯、張可頤等人合作主演的古裝愛情宮斗劇《金枝欲孽》首播，她在劇中飾演工于心計卻又不失純良的淳貴人董佳·爾淳，該劇播出以后以平均收視32點、最高收視41點的成績取得香港年度收視冠軍，而她亦憑借該劇獲得萬千星輝頒獎典禮我最喜愛的電視角色獎、馬來西亞Astro華麗電視臺頒獎典禮我的至愛女主角獎和我的至愛角色獎、以及壹電視大獎十大電視藝人等獎項。
2005年1月，佘詩曼與馬德鐘、陳松伶、文頌嫻等人合作主演了古裝武俠劇《驚艷一槍》 ；2月5日，客串的懸疑恐怖的單元劇《奇幻潮》播出；8月1日，與林峰、鄭嘉穎合作主演的青春勵志劇《美味風云》播出，她在劇中飾演獨立果斷、天性樂觀的女主角周文希；同年11月21日，她還與鄭伊健、林保怡、鐘嘉欣合作主演了時裝愛情劇《隨時候命》，并在劇中飾演了勤奮積極、做事一絲不茍的急癥室醫生康友嵐。
2006年1月6日，佘詩曼與林峰合作主演了根據黃易同名小說改編的古裝武俠劇《覆雨翻云》，她在劇中飾演慈航靜齋掌門人秦夢瑤；5月1日，與林保怡、陳豪合作主演的民國愛情劇《火舞黃沙》，她在劇中飾演心地善良、清新脫俗的貧農女家春分，并憑借該角色提名第35屆國際艾美獎最佳女主角獎；同年8月28日，與馬德鐘、陳鍵鋒合作主演的民國愛情劇《鳳凰四重奏》播出，她在劇中分別飾演了知書識禮、冰雪聰明的大家閨秀魏瑜鳳，熱情主動、敢愛敢恨的高中生汪子君，勤勞節儉、善良正直的家庭主婦白慧珍，以及獨立自我、喜愛自由的啤酒妹戴思嘉祖孫四代人，憑借在劇中的出色表現佘詩曼獲得了萬千星輝頒獎典禮最佳女主角獎和我最喜愛的電視女角色獎、以及金南方年度最受歡迎港臺女演員獎；同年11月6日，她還與汪明荃、郭晉安合作主演了民國歌舞劇《東方之珠》，并在劇中飾演了獨立自主、敢愛敢恨的歌星朱玉蘭。
2007年6月3日，佘詩曼與劉松仁、廖京生、苗僑偉等眾多藝人合作主演的時裝商戰劇《歲月風云》播出，而她則在劇中飾演了性格剛烈、愛憎分明的地產經紀榮秀風，并憑借該角色獲得Astro華麗臺電視劇大獎我最難忘的一吻和我的至愛角色獎；同年，她還與陳小春合作主演了古裝喜劇《鐵嘴銀牙》，并在劇中飾演了才思敏捷、能言善辯的富家小姐納蘭青青。
2008年5月19日，佘詩曼與歐陽震華、林文龍、蒙嘉慧合作主演的時裝查案劇《法證先鋒II》播出，她在劇中飾演重案組高級督察馬幗英；同年11月27日，她還與汪明荃、馬德鐘合作主演了民國愛情劇《東山飄雨西關晴》，并在劇中飾演了家道中落的聚喜樓老板娘葉向晴。
2009年8月10日，佘詩曼與黃子華合作主演了時裝喜劇《絕代商驕》，她在劇中飾演工作勤奮、崇尚物質主義的行政總裁助理林淼淼；同年10月19日，與楊怡合作主演的古裝宮廷劇《宮心計》首播，她在劇中飾演溫柔賢良、凡事為他人想的德妃劉三好，該劇以平均收視35點，最高收視50點的成績取得香港年度電視劇收視冠軍，而她亦憑借該劇提名萬千星輝頒獎典禮最佳女主角和我最喜歡的電視女角色獎，并獲得第六屆首爾國際電視節香港地區最受歡迎演員獎等獎項。
2010年8月23日，佘詩曼主演的古裝喜劇《公主嫁到》播出，她在劇中飾演刁蠻任性卻又心地善良、足智多謀的昭陽公主，而該劇則以平均收視34點，最高收視45點的成績再次成為香港年度收視冠軍，而她亦憑借該劇獲得MYAOD我的最愛TVB劇集頒獎典禮我的最愛電視女主角和十大我的最愛電視角色獎、萬千星輝頒獎典禮我最喜愛的電視女角色獎、以及第16屆亞洲區電視大獎佘最佳戲劇女主角獎等獎項。
2011年5月，佘詩曼與TVB轉簽部頭約，轉入中國內地市場；隨后，她與林峰合作主演了時裝喜劇《花花世界花家姐》，她在劇中飾演善良率直、思想單純的智障女孩花麗珠；8月5日，與歐陽震華合作主演的古裝懸疑劇《帶刀女捕快》首播，她在劇中飾演溫婉賢淑、精打細算的女捕快柳明月；同年11月21日，她還與林保怡、陳豪合作主演了時裝懸疑《天與地》，并在劇中飾演了特立獨行、不畏人言的電臺主持人葉梓恩。
2012年1月30日，與陳豪合作主演了時裝愛情劇《4 in love》，她在劇中飾演國際巨星童藹瑤；7月16日，主演古裝懸疑劇《新審死官》；同年12月15日，佘詩曼主演的第一部內地民國劇《嫁入豪門》在中國內地地面頻道首播，她在劇中飾演了外柔內剛的沈家養女沈盈秀。
2013年，佘詩曼簽約TVB與內地公司合作的TVBC；同年7月21日，佘詩曼與胡軍合作主演的歷史史詩劇《建元風云》播出，她在劇中飾演外柔內剛、聰明賢慧的汗妃察必。
2014年8月25日，佘詩曼與林峰、苗僑偉合作主演的警匪劇《使徒行者》播出，她在劇中飾演貪錢怕事卻又不失義氣的沐足店老板丁小嘉，該劇以30.5的跨平臺收視率成為香港年度收視冠軍，而她亦憑借該劇獲得萬千星輝頒獎典禮最受歡迎電視女角色和最佳女主角獎、新加坡星和無線電視大獎我最愛TVB女主角及我最愛TVB電視女角色獎等獎項。
2015年2月19日，主演的浪漫愛情電影《沖上云霄》上映，她在片中飾演空中服務員潘家詩，該片上映6天內地票房累計破億，在香港地區奪得賀歲華語片票房第一；10月26日飛往德國拍攝《愛情來的時候2》；11月12日，與張智霖、陳喬恩合作主演的《十月初五的月光》電影版在港、澳、星、馬四地同日上映，該片在港澳兩地首日票房實收119.2萬，香港票房972,883萬，榮登華語電影票房冠軍，11月20日，該片在中國上映，上映3天后成功問鼎2015年純港產愛情片票房冠軍。
2016年1月7日，與古天樂、張家輝、吳鎮宇合作主演的電影版《使徒行者》開機，她在片中飾演丁小嘉表面上是一家沐足店的老板娘，實際上是刑事情報科康道行警司的五名臥底之一。
2017年4月，與黃子華合作主演的電影《棟篤特工》殺青；6月14日，主演的《延禧攻略》舉行了開機發布會，她在劇中飾演獨掌六宮大權的皇后輝發那拉氏；10月27日，與古天樂、張智霖合作主演的恐怖電影《常在你左右》在中國內地上映，她在片中飾演休班警員Sam的妻子阿思；同年，與梁家輝合作主演商戰電影《西伯利亞風云》，她在片中飾演剛柔并濟、重感情的女商人安瀾。
2018年1月，在電視劇《夸世代》大結局中客串登場；5月，與吳鎮宇、張智霖合作主演電影《泄密者》舉行發布會，她在影片中飾演了一位“不怕死”的記者；6月15日，主演的犯罪動作懸疑電影《泄密者》正式上映；7月19日與秦嵐、聶遠合作的古裝宮廷劇《延禧攻略》于愛奇藝獨家上線；特別出演鄭伊健、陳小春等人主演電影《黃金兄弟》，在片中飾演無國界醫生，該片將于9月21日上映。
2019年4月，與黃曉明、尹正合作主演民國戲《鬢邊不是海棠紅》，在劇中飾演二奶奶范湘兒；5月，搭檔唐嫣、竇驍主演古裝劇《燕云臺》。
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