2006年，在校期間的王曉晨參演個人首部電視劇作品《現代美女》，自此開始演藝事業。2007年，在陸毅、林心如主演的歷史人物傳記劇《蘇東坡》中扮演蘇東坡的侍妾王朝云。2008年，在鐘漢良、霍思燕主演的民國愛情劇《玫瑰江湖》中反串飾演男寵花解語，之后在胡歌，林依晨主演金庸武俠劇《射雕英雄傳》中出演東邪黃藥師之妻、黃蓉之母馮蘅。同年，在校園勵志輕喜劇《女孩沖沖沖》中飾演長相甜美、才華橫溢的上海“大小姐”周瑜。
2009年，參演連奕名自導自演的年代傳奇劇《民國往事》，在劇中飾演敢愛敢恨、愛憎分明的貞烈女子梅紹貞。同年搭檔董勇、許晴主演諜戰題材劇《諜變1939》，飾一個看似精明實際天真、思想進步但涉世未深的小女生沙麗。2010年，有學京劇的經歷的王曉晨被李保田選中，扮演都市親情劇《丑角爸爸》中的青衣演員趙小萍，同年參與薩日娜、王琳主演的家庭倫理劇《有愛就有家》。同年，在賈一平、陶澤如主演的商戰抗日劇《大浴堂》中飾演溫婉善良的傳統女性韓靈芝。之后主演中國與新加坡共同投資的動作電影《龍拳2011》。
2011年，1月與于曉光合作主演人物傳記電影《吳運鐸》，在片中飾演因為充滿理想和救國熱情而來到了吳運鐸所在兵工廠的大學生辛束；同年與于震、阿朵聯合主演諜戰劇《專列一號》，在劇中飾演聰慧俊俏、偵查能力超群的顧可依。
2012年，主演柏杉執導的古裝傳奇劇《神醫喜來樂傳奇》，在劇中飾演武藝高強、俠骨倔強的金山嬌 ；之后在張桐、蘇巖主演的戰爭情感劇《川西剿匪記》中飾鎮長之子張濟邦的心上人姜維淑；同年主演電視劇《雙雄》；同年6月8日，主演的《丑角爸爸》首播，播出期間長期占據同時段收視前三位置，其個人則因此受邀參加影視沙龍談話節目《影視俱樂部》，分享學戲經歷，該劇獲得2013年飛天獎長篇電視劇三等獎。
2013年，與徐僧合作主演抗日戰爭劇《神槍之倒刺》，在劇中飾演潛伏的軍統交通站站長；同年出演都市情感偶像劇《待嫁十年》，在劇中飾演為愛堅守、不肯將就的易亦秋。
2014年，在汪俊執導的都市情感劇《我愛男閨蜜》中飾演與“哥哥”黃磊從小相依為命的方依依。這一角色也成了微博中的熱搜詞，更收獲了不少網友的好評；同年，在都市輕喜劇《媽媽像花兒一樣》中飾演林永健的妹妹馬丹娜。同年，主演滕文驥、王為執導的當代都市劇《二胎時代》，在劇中飾演可愛善良又帶點孩子氣的辣媽金燦燦，開播后，收視率升到1.025%，市場份額為2.94%，穩居衛視收視前3名；其個人則憑該劇獲得2016年中國電視劇品質盛典“年度新銳女演員”獎。
2015年，與胡歌聯袂主演都市情感劇《大好時光》，在劇中飾演伶牙俐齒、率真直爽的眼科醫生茅小春；播出期間收視率接近1.5，累計網播量接近25億次，位居同期全國第一；該劇獲得國劇盛典年度十大影響力電視劇獎，其個人則憑該劇獲得“年度最具突破精神女演員”獎，同年該劇登陸美國中文電視臺；該劇還被國家新聞出版廣電總局選入《2015中國電視劇選集》。8月7日，與戚薇、辛雨錫主演的青春勵志劇《你好喬安》開機，在劇中飾演履歷平淡、但認真打拼的樂觀女孩倪好；該劇播出期間收視率始終保持在全國衛視收視率前三。12月在上海拍攝浪漫愛情都市劇《我的男神》。
2016年4月，與張嘉譯聯袂主演林妍執導的都市愛情輕喜劇《我的！體育老師》，在劇中飾演伶牙俐齒、古靈精怪的都市女青年王小米；該劇播出期間累計網絡播放量超過35億，單日最高播放量達2.8億，收視率更是連連破1，豆瓣評分達到7.3分；并獲得第十二屆“電視制片業十佳”評選活動優秀電視劇表彰；5月21日，獲得第19屆華鼎獎全國觀眾最喜愛的影視明星；12月16日，出演的愛情電影《春嬌救志明》殺青，在片中飾演勇敢追逐愛情的美麗蘿莉Apple。12月，王曉晨在都市愛情喜劇《當分手大師遇到復合大師》中飾演的“周末”角色戲份殺青。
2017年，與鐘漢良、喬振宇合作出演都市情感劇《幸福的理由》；11月7日，參加第五屆亞洲微電影藝術節頒獎典禮，并憑借《春嬌救志明》獲得金海棠獎觀眾最喜愛演員獎；11月13日，愛情輕喜劇《我的！體育老師》登陸浙江衛視。
2018年3月，與韓庚聯袂主演都市愛情劇《愛我你敢嗎？》，在劇中飾演姜小汐。5月，作為上戲04級“人氣班”成員參與錄制東方衛視體驗型勵志綜藝節目《青春同學會》。9月，與陳寶國合作主演年代劇《老酒館》。10月，參加演技競演類勵志綜藝《我就是演員》，獲得影視化表演資格，與于和偉主演《公交車上的曹操》。
2019年7月，與李晨合作主演電視劇《北京西城故事》；同年友情出演靳東主演的都市律政題材電視劇《精英律師》；10月，與陳曉聯袂主演都市輕喜劇《好好說話》，飾演初出茅廬的熱血律師廖望；10月，入圍第六屆“中國電視好演員”綠組女演員候選名單；10月26日，參加明星跨界音樂節目《跨界歌王》，演唱歌曲《好久不見》。
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