2005年，在校期間毛俊杰出演了個人第一部電視劇《非親兄弟》，在劇中扮了一個因受到刺激而變得有點瘋癲的女孩“玉鳳”；同年，出演話劇《八個女人》。
2006年，出演余倩倩執導的臺灣都市情感劇《加油！曉惠》。之后參演王麗娜執導的百老匯經典喜劇《借我一個男高音》。
2007年，毛俊杰進入北京人藝后主演首部話劇《東房西屋》，在劇中飾演懷著明星夢的北漂女孩“白荷”。在李亞鵬、苗圃主演的家庭倫理劇《我們倆的婚姻》中飾演吸毒女孩“李曼”。在石維堅、奚美娟主演的親情劇《可憐天下父母心》中飾演陳諾。同年首次觸電大屏幕，在賀歲喜劇電影《命運呼叫轉移》中與葛優合作。
2008年，與劉曉虎、李欣汝聯合主演中國內地首部季播劇《丑女無敵》，在劇中飾演裴娜。同年在成龍監制的武打電影《武術少年行》中飾演小怡。在黃健中執導，王姬、呂良偉主演的古裝大戲《大風歌》中飾演漢高祖劉邦的長女“魯元公主”。
2009年，與吳剛、吳佩慈聯袂出演都市探案電影《預審》飾演帥酷女警。
2010年，在張黎、劉淼淼執導的大型歷史劇《孔子春秋》中飾演孔子的初戀情人“小姜”。同年在饒敏莉、賈乃亮主演的家庭情感劇《我要一個家》中飾演趙譚萍。11月在山西拍攝農村題材劇《山村大爺》飾演女醫生鄒雪梅。同年主演農村青春偶像劇《沸騰的村莊》，在劇中飾女一號李百合。
2011年，在蘇有朋、楊坤主演的驚悚懸疑電影《密室之不可靠岸》中飾演肖揚。同年在以海灘救護為主題的全民偶像劇《海島七號》中飾演海灘救護隊的副隊長。同年與吳鎮宇、姜武主演清末愛國勵志劇《瀛寰之志》飾黃瑤萱。
2012年，參與梁詠琪、鄭中基主演的愛情喜劇電影《嫁個100分男人》飾演男主角古須仁的前女友“GAGA”。同年與李東學、李念、許圣楠主演都市生活劇《紙婚》飾演許莘。
2013年，在李成儒、韓青主演的刑偵劇《清網》中飾演羅今今。同年搭檔潘泰名、章雯淇主演抗日劇《蒼狼》飾演女特工楚菲兒。同年在愛情喜劇電影《光的棍》中飾演智小涯。
2014年，在安志杰主演的動作電影《惡戰》中飾演盛香君。同年在韓庚、姚星彤主演的都市愛情喜劇片《前任攻略》中飾演李小潔。同年聯合聶遠、葉璇共同主演武俠劇《龍門飛甲》中飾演雨化田。同年由羅志祥、鄭羅茜、吳映潔、莊濠全、蔡俊濤等人主演的《深圳合租記》中出演胡麗莉。同年在李成儒、韓青、李勤勤主演的《清網行動》中，飾演羅今今。同年在賈乃亮、張佑赫、南奎麗、呂頌賢主演的電視劇《千金保姆》中飾演商業間諜蘇妙妙。
2015年11月30日，出演鄭曉龍執導的電視劇《羋月傳》，在劇中飾演孟贏；同年，在劉家成執導的都市情感劇《頭號前妻》中飾演室內設計師林朵漁。
2016年，毛俊杰與朱梓驍、張云龍出演青春勵志偶像劇《花火》獲得浙江省年度優秀作品獎；5月，參加遼寧衛視《有請主角兒》；6月，加盟喜劇動作電影《王牌逗王牌》；7月，參演王晶、鐘少雄聯合執導的魔幻喜劇愛情電影《神魔道》；8月，參演的喜劇電影《幸福馬上來》在重慶殺青；9月，參加湖南衛視節目《天天向上》；10月，參加江蘇衛視《我們在益起》節目；12月24日，毛俊杰從美國趕到南京參加“跑藍來了-王祖藍和他的朋友”全國巡回演唱會，獻上自己的演唱會首秀。
2017年3月，參演林兆華、任鳴執導的話劇《阮玲玉》在首都劇場上演，在劇中詮釋過氣明星張夢露。2019年8月，主演的現實主義題材劇《幸福還會來敲門》開機。
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