1992年，蔣勤勤在由重慶電視臺拍攝的電視劇《媚態觀音》中出演女主角，這是其出演的首部影視作品。1994年，蔣勤勤以全國藝術考試第一名的成績考入北京電影學院。
1995年，與寇振海、張秋歌、徐少華共同主演了由楊潔執導的古裝劇《西施》，蔣勤勤在劇中飾演善良聰慧、正直機敏的“西施”。
1996年，與王繪春、林乃楨、修宗迪等聯袂出演了由沈好放執導的古裝劇《東周列國·春秋篇》。1997年，與張國立、鄧婕、趙亮等聯合出演了古裝劇《康熙微服私訪記》，蔣勤勤在《八寶粥記》單元飾演清雅脫俗的美女“朱云巧”。
1998年3月25日，與焦恩俊、朱茵、庹宗華聯袂主演的愛情劇《蒼天有淚》播出，蔣勤勤在劇中飾演性格溫婉柔弱的蕭家大小姐“蕭雨鳳”，當時編劇瓊瑤為其取藝名“水靈”；同年，蔣勤勤自北京電影學院畢業，并被分配到北京電影制片廠工作。
1999年，蔣勤勤與張智霖領銜主演了古裝武俠劇《白發魔女》，她在劇中飾演天性良善卻被冠以鬼魔之名的白發魔女“練霓裳”。2000年4月18日，與趙文卓、王艷合作出演的愛情劇《青河絕戀》開播，蔣勤勤一人分飾兩角：柔情似水、忍辱負重的母親“沈心慈”與活潑乖巧、善良可愛的女兒“趙繡云”。
2001年4月18日，與趙文卓、島田陽子、杜志國等共同出演的古裝戰爭電影《英雄鄭成功》首映，蔣勤勤飾演鄭成功的紅顏知己“薛良”；同年，與邱心志、何潤東、黃奕聯袂主演的古裝武俠劇《臥虎藏龍》播出，蔣勤勤飾演武功超群卻很叛逆的“玉嬌龍”。
2002年，與趙文卓、何潤東、千葉真一等聯合出演的漫改武俠劇《風云》開播，蔣勤勤一人分飾兩角：聶風的第一位紅顏知己“明月”以及外表冷如冰雕，對愛情忠貞不渝的“第二夢”；同年末，與林心如、譚耀文、常鋮等合作出演的民國愛情劇《半生緣》播出，蔣勤勤顛覆形象，扮演性感的潑婦“顧曼璐”。
2003年2月1日，與李亞鵬、周迅、周杰等共同主演的古裝武俠劇《射雕英雄傳》播出，蔣勤勤在劇中飾演身世不幸卻個性堅強的“穆念慈”；7月3日，由黃奕、古巨基、周杰等主演的古裝愛情劇《還珠格格第三部：天上人間》播出，蔣勤勤在劇中客串出演江南名妓“夏盈盈”。
2004年3月，與黃少祺、高曙光、千葉真一等領銜主演的古裝武俠劇《風云爭霸》播出，蔣勤勤出演古靈精怪、擅長八卦術數的“北堂馨兒”；4月12日，與李亞鵬、黃奕、王亞楠等聯袂出演的傳奇愛情劇《末代皇妃》開播，蔣勤勤飾演個性溫柔但又執著的女性“文繡”。
2005年6月10日，與鄭昊、潘耀武等聯合出演的劇情片《姐姐詞典》上映，蔣勤勤飾演歷經情感波折的“牛紅梅”，憑借該角色獲得了第10屆中國電影表演藝術學會獎“金鳳凰獎”；8月11日，搭檔張靜初主演的恐怖電影《七夜》上映。
2006年2月13日，與陳建斌、馬伊琍領銜主演的商戰劇《喬家大院》首播，蔣勤勤在劇中飾演敢愛敢恨、有心機卻也善良的“陸玉函”，憑借該角色獲得了第23屆中國電視金鷹獎最具人氣女演員獎和觀眾喜愛的電視劇女演員，以及第26屆中國電視劇飛天獎優秀女演員獎；11月12日，由瞿穎、胡兵、耿樂等共同主演的愛情劇《如果月亮有眼睛》播出，蔣勤勤在劇中飾演航空公司廣告的創作人“范玫因”。
2008年，義務參演了公益短片《2008分之1》，蔣勤勤在顧長衛執導的短片中扮演“短信媽媽”，這是其產后復出的第一部作品。
2009年4月28日，與黃磊、陳昊、元秋等合作出演的家庭情感劇《四世同堂》開播，蔣勤勤在劇中飾演祁家長孫兒媳“韻梅”；7月17日，與黎諾懿、陳芷菁、張錚等聯合出演的勵志電影《所有夢想都開花》上映，蔣勤勤出演面對工作生活上的種種挫折絕不放棄的“林芳”，由此獲得了第13屆中國電影華表獎優秀女演員提名。
2011年6月15日，與黃海冰、張萌、陳建斌等聯袂出演的革命題材劇《開天辟地》播出，蔣勤勤出演偉大女性“宋慶齡”；7月5日，搭檔段奕宏主演的商戰劇《大時代》播出，蔣勤勤飾演美女銷售“梁紅玉”。
2013年，與王學圻、張梓烈、李子雄等共同出演了由蔣欽民執導的抗戰劇《姥爺的抗戰》，蔣勤勤在劇中飾演參加過長征的八路軍抗戰醫院副院長“譚麗萍”。
2014年5月23日，與孫維民、劉小鋒、孫茜一同主演的諜戰電影《一號目標》上映，蔣勤勤扮演干練精明、冷艷奪目的保密局特工“呂一然”；9月19日，與桂綸鎂、孫紅雷、方中信等領銜出演的愛情電影《觸不可及》上映，蔣勤勤出演溫婉大方、美麗知性的富家千金“盧秋漪”。
2015年，與陳建斌、金世佳聯合主演了荒誕冒險喜劇片《一個勺子》，蔣勤勤在片中顛覆形象，出演本性純良的村婦“金枝子”，并憑借該角色獲得了第7屆英國萬像國際華語電影節最佳女主角獎、首屆澳門國際電影節金羊獎最佳女主角獎、第11屆“東京國際電影節·中國電影周”最佳女主角獎。
2016年12月29日，參加的讀信類綜藝節目《見字如面》首播。2017年2月17日，搭檔姜武主演的奇幻愛情喜劇片《完美有多美》上映，蔣勤勤飾演A世界中的校花女神，B世界的超級女星“卓彥妮”；4月24日，與王陽、郝澤嘉、鄧英聯袂出演的都市情感劇《田姐辣妹》首播，蔣勤勤飾演性格強勢的女漢子“田佳慧”。
2017年11月5日，與吳秀波、Angelababy合作主演的都市情感劇《欲望之城》在上海開機；11月21日，與黃軒、竇驍、周一圍等共同主演的東方魔幻劇《九州·海上牧云記》，蔣勤勤飾演雍容大氣卻醉心于情權的皇后“南枯明儀”。
2019年，與周游合作主演懸疑劇《迷霧追蹤》，在劇中飾演女刑警林雨虹。
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