2000年初，佟晨潔開始了她的職業模特生涯。2001年，參加上海國際時裝模特大賽，奪得“最佳女模特”季軍、“最受大眾歡迎獎”和“最沙宣模特大獎”三個獎項；同年11月，獲得萊卡風尚人物“風尚模特獎”。
2002年，參加中國國際時裝周，獲得最佳職業時裝模特提名；同年被評為《周末畫報》十大名模。
2003年，進入世界超模大賽十五佳；還成為歐萊雅集團卡尼爾品牌中國地區形象代言人。
2004年，在上海國際服裝文化節中獲得“TOP10時裝模特杰出貢獻獎”。
2005年3月，進入福布斯中國名人榜第94位；9月，她與杜鵑、王雯琴、劉丹和倪睿思等中國模特共同拍攝《Vogue》中國版創刊號封面，主角是澳大利亞模特嘉瑪·沃德；11月，進軍主持界，擔任光線傳媒制作的《時尚風云榜》主持人。
2006年，擔任上海生活時尚頻道時尚綜藝選秀節目《超級模特》評委；同年，客串出演電視劇《白屋之戀》。
2007年1月，和于娜出任了上海國際時裝模特大賽評委；3月，與謝暉參與東方衛視明星戲曲真人秀節目《非常有戲》，最終謝暉順利晉級半決賽，而佟晨潔卻被淘汰出局；6月，首次出演了話劇，在話劇《滿城盡是金字塔》中飾演女主角；同年與謝暉共同錄R&B曲風單曲《非常默契》，由李泉監制。
2008年，她與謝暉參加了由中國青少年發展基金會和上海東方衛視主辦的公益綜藝節目《加油!2008》，最終進入全國總決賽五強。
2011年9月，出演首部電影《紫宅》，她在這部由汪東城、佟麗婭主演的愛情驚悚電影中飾演一名律師；11月，以“督導團”身份參見浙江衛視勵志真人秀時尚劇集《臥底超模》。
2012年4月，與萬茜、張晨光共同出演動作諜戰電視劇《決戰前》，這是她真正意義上的首部電視劇，她在劇中飾演冷艷槍手田中美惠，拍攝時她還拒絕用劇組準備的替身；5月，在浙江衛視舞蹈節目《越跳越美麗》中擔任教練導師；10月，擔任時尚美妝真人秀節目《絲芙蘭美麗學院》第二季評委。
2013年12月，出演成龍、景甜主演的警匪電影《新警察故事2013》。
2014年7月，在羅志祥、毛俊杰主演的都市題材電視劇《深圳合租記》飾演朱莉；10月，擔任TVB國際中華小姐總決選評委。
2015年，她出演了黃曉明、陳喬恩主演的民國電視劇《錦繡緣華麗冒險》，飾演霸氣與溫情并存、果敢與仁義兼具的上海灘第一女老板凌美華 。
2018年，出演《上海女子圖鑒》中“職場女魔頭”Sherry一角；11月其主演的都市情感劇《風再起時》在湖南衛視金鷹獨播劇場播出，佟晨潔飾演金牌律師顧盼的角色。
2019年3月，出演電影《艾特所有人》。
2020年2月14日，主演的古裝懸疑愛情勵志劇《大唐女法醫》播出。
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