1994年出道，2000年主演的電影《過年回家》入圍第56屆威尼斯國際電影節(jié)，她與劉琳憑此分享第13屆新加坡國際電影節(jié)最佳女主角獎，然而《過年回家》因國內(nèi)禁映未引起注意。
2004年，妹妹李雪正式接受李冰冰的經(jīng)紀人工作，這年李冰冰領(lǐng)銜主演了伍仕賢導演的愛情喜劇電影《獨自等待》，憑借角色“夢中情人”劉榮首次入圍金雞獎最佳女主角提名。同年，參演電影《天下無賊》，憑借角色艷賊小葉入圍百花獎女配角。此后她又連續(xù)2年入圍金雞百花獎最佳女主角。
2005年，主演電視劇《八大豪俠》。直到導演尹力邀她主演電影《云水謠》，該片終使獲第12屆中國電影華表獎優(yōu)秀女演員獎、第29屆大眾電影百花獎最佳女主角獎；并與劉曉慶等主演電視劇《徽娘宛心》飾演葉宛心。
2008年，參演《功夫之王》，飾演白發(fā)魔女的李冰冰為了角色的效果，打戲統(tǒng)統(tǒng)親自上陣；同年，主演愛情電影《蝴蝶飛》，飾演性格偏執(zhí)的律師助手傅恩佳。
2009年，她憑借在《風聲》中表演獲得第46屆臺灣電影金馬獎最佳女主角，而后參演多部商業(yè)片《狄仁杰之通天帝國》、《槍王之王》、《我愿意 I Do》；同年，成立個人公益品牌"L.O.V.E"，一個以“關(guān)愛生命、保護環(huán)境”為內(nèi)容，倡導有責任的生活，通過設(shè)立相關(guān)主題開展非營利活動的公益組織；12月，作為特邀主持人直擊哥本哈根全球氣候大會，并發(fā)表英文演講。
2010年，成立了自己的工作室，并作為出品人之一投資了《辛亥革命》。工作室除代理其在國內(nèi)的演藝業(yè)務(wù)外，嘗試電影投資等多元經(jīng)營。此后，李冰冰開始減產(chǎn)，對作品品質(zhì)精益求精；同年，鄧文迪邀李冰冰出演好萊塢文藝片《雪花秘扇》女一號。在該片的紐約首映禮上，《生化危機5》導演保羅·安德森找上門來，邀請李冰冰出演女二號艾達王。
2011年，以“烈焰紅唇”造型演繹的《時尚芭莎》中國版24周年紀念刊被世界時尚雜志《HARPER’S BAZAAR》在紐約召開主編大會，評選出2010年全球最佳封面，這也是《芭莎》中國版首奪該榮譽，”李冰冰的“烈焰紅唇”造型也被掛到了紐約曼哈頓西57街和第8大道交界處的赫斯特大廈，加以展示；同年，獲得亞太電影博覽會年度電影之星獎。
2012年，因《雪花與密扇》受邀參加第84屆奧斯卡金像獎紅毯；2月10日，主演的電影《我愿意 I Do》上映；同年9月，李冰冰成為第一位進駐香港杜莎夫人蠟像館的內(nèi)地女明星，也是第一位在上海和香港同時擁有蠟像的內(nèi)地女星，后因釣魚島事件缺席《生化危機5》的東京首映會，李冰冰表明立場，發(fā)生釣魚島事件就絕不去日本；同年10月，她正式簽約好萊塢經(jīng)紀公司UTA本部，該公司代理李冰冰在美國及海外業(yè)務(wù)。此后，李冰冰只身在洛杉磯學習外語半年。
2013年1月，榮升成為國際奢侈品牌Gucci百年來首位全球代言人（2012年時為亞洲區(qū)代言人），她的個人公益品牌L.O.V.E.與Gucci更是深入合作，推出刻著“Gucci and Li Bingbing for Responsible Life”的特別腕表，使她成為第一個把自己的名字和環(huán)保概念刻進奢侈品產(chǎn)品的中國明星；同年4月，好萊塢雜志《綜藝》（Variety）專門為李冰冰在洛杉磯舉辦頒獎禮，授予她“亞洲之星”榮譽；8月，參演派拉蒙公司好萊塢電影《變形金剛4：絕跡重生》，飾演女二號負責制造變形金剛的科學家蘇月明；11月，在洛杉磯舉辦的中美電影峰會上，李冰冰被授予“東西方才華獎”；11月底，受邀赴臺出任第50屆臺灣金馬獎決審評委。
2014年6月27日，參演的《變形金剛4》上映，電影最終票房19.7億，打破多項票房紀錄，成為當年內(nèi)地影片票房冠軍。
2015年2月19日，主演的《鐘馗伏魔：雪妖魔靈》上映，李冰冰評價該片獲得第三屆倫敦國際華語電影節(jié)最具海外影響力演員獎以及最佳女主角獎；同年，擔任浙江衛(wèi)視電視綜藝真人秀《我看你有戲》的導師；年底，主演東方帝陵冒險電影《謎巢》，并擔任創(chuàng)意制片人。
2016年5月，受邀出席第69屆戛納電影節(jié)，其開幕式紅毯造型被外國媒體Eonline網(wǎng)站評選為“10大最美造型”；8月，加盟好萊塢電影《巨齒鯊》，飾演女主角海洋生物學家張茵，搭檔杰森·斯坦森；12月，登上《T Magazine》封面。
2019年10月，參加浙江衛(wèi)視原創(chuàng)表演真人秀《我就是演員之巔峰對決》。
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