1997年，佘诗曼在瑞士念完酒店管理后返回香港，在妈妈的提议下去参加了香港小姐选秀比赛，最终获得总决赛季军，其后与香港无线电视台签约，从而正式进入演艺圈。
1998年，佘诗曼出演了个人首部电视剧，她在时装励志剧《明天不一样》中饰演了男主角陈力行的妻子、工程部部门主任麦婉仪；同年，佘诗曼被监制李添胜选中，并在其执导的根据金庸同名小说改编的古装武侠剧《雪山飞狐》中饰演明辨是非、心地善良的苗若兰。
1999年3月29日，佘诗曼与古天乐、宣萱等众多艺人共同主演的时装剧《刑事侦缉档案IV》播出，而她则在剧中饰演了温柔婉若又孝顺的女警文婉兰。
2000年7月10日，佘诗曼与张智霖合作主演的时装爱情剧《十月初五的月光》首播，她在剧中饰演乐观开朗、活泼好动的女主角祝君好，该剧在播出后以平均收视36点、最高收视46点的成绩刷新香港电视收视记录，而她亦凭借该剧获得万千星辉颁奖典礼我最喜爱的电视角色及我最喜爱的拍档奖等奖项；同年11月20日，她还与林家栋、江华、吴美珩等合作主演了古装武侠剧《碧血剑》，并在剧中饰演了长平公主阿九。
2001年4月9日，主演古装武侠剧《倚天屠龙记》，在剧中饰演外表美丽温柔、冰雪聪明的峨眉派第四代掌门周芷若；8月，与罗嘉良、向海岚合作主演爱情剧《七姊妹》，在剧中饰演虽娇纵放任却对爱情专一的富家女黄玉簪；10月，在刘仕裕执导的民国剧《酒是故乡醇》中饰演个性泼辣的黎顺风，并凭借该角色获得万千星辉颁奖典礼我最喜爱的电视角色奖。
2002年3月，佘诗曼与陈键锋合作主演了医疗时装剧《红衣手记》，她在剧中饰演内心简单、热爱生命的护士学校一年级生郁采玲；随后，她与郭晋安合作主演的时装爱情剧《情牵百子柜》首播，她在剧中饰演乐观开朗、聪明能干的吴倩如；同年，她还客串了古装神话剧《无头东宫》。
2003年2月24日，佘诗曼与欧阳震华合作主演的古装悬疑剧《洗冤录II》首播，她在剧中饰演为人公正、有原则的阮玉珠；3月24日，主演古装宫廷剧《帝女花》，她在剧中演活泼开朗、心地善良的长平公主，并凭借该角色获得万千星辉颁奖典礼我最喜爱的电视角色奖；同年，她还与刘松仁、赵雅芝、张智霖等合作主演了民国爱情剧《西关大少》，并在剧中饰演了出身寒微、爱打抱不平的何双喜。
2004年5月24日，佘诗曼与郭羡妮、杨思琦合作主演了匪警爱情剧《无名天使3D》，她在剧中饰演不拘小节、率性而为的中环警署探员姚丽花；同年8月23日，与黎姿、邓萃雯、张可颐等人合作主演的古装爱情宫斗剧《金枝欲孽》首播，她在剧中饰演工于心计却又不失纯良的淳贵人董佳·尔淳，该剧播出以后以平均收视32点、最高收视41点的成绩取得香港年度收视冠军，而她亦凭借该剧获得万千星辉颁奖典礼我最喜爱的电视角色奖、马来西亚Astro华丽电视台颁奖典礼我的至爱女主角奖和我的至爱角色奖、以及壹电视大奖十大电视艺人等奖项。
2005年1月，佘诗曼与马德钟、陈松伶、文颂娴等人合作主演了古装武侠剧《惊艳一枪》；2月5日，客串的悬疑恐怖的单元剧《奇幻潮》播出；8月1日，与林峰、郑嘉颖合作主演的青春励志剧《美味风云》播出，她在剧中饰演独立果断、天性乐观的女主角周文希；同年11月21日，她还与郑伊健、林保怡、钟嘉欣合作主演了时装爱情剧《随时候命》，并在剧中饰演了勤奋积极、做事一丝不苟的急症室医生康友岚。
2006年1月6日，佘诗曼与林峰合作主演了根据黄易同名小说改编的古装武侠剧《覆雨翻云》，她在剧中饰演慈航静斋掌门人秦梦瑶；5月1日，与林保怡、陈豪合作主演民国爱情剧《火舞黄沙》，她在剧中饰演心地善良、清新脱俗的贫农女家春分，并凭借该角色提名第35届国际艾美奖最佳女主角奖；同年8月28日，与马德钟、陈键锋合作主演的民国爱情剧《凤凰四重奏》播出，她在剧中分别饰演了知书识礼、冰雪聪明的大家闺秀魏瑜凤，热情主动、敢爱敢恨的高中生汪子君，勤劳节俭、善良正直的家庭主妇白慧珍，以及独立自我、喜爱自由的啤酒妹戴思嘉祖孙四代人，凭借在剧中的出色表现佘诗曼获得了万千星辉颁奖典礼最佳女主角奖和我最喜爱的电视女角色奖、以及金南方年度最受欢迎港台女演员奖；同年11月6日，她还与汪明荃、郭晋安合作主演了民国歌舞剧《东方之珠》，并在剧中饰演了独立自主、敢爱敢恨的歌星朱玉兰。
2007年6月3日，佘诗曼与刘松仁、廖京生、苗侨伟等众多艺人合作主演的时装商战剧《岁月风云》播出，而她则在剧中饰演了性格刚烈、爱憎分明的地产经纪荣秀风，并凭借该角色获得Astro华丽台电视剧大奖我最难忘的一吻和我的至爱角色奖；同年，她还与陈小春合作主演了古装喜剧《铁嘴银牙》，并在剧中饰演了才思敏捷、能言善辩的富家小姐纳兰青青。
2008年5月19日，佘诗曼与欧阳震华、林文龙、蒙嘉慧合作主演的时装查案剧《法证先锋II》播出，她在剧中饰演重案组高级督察马帼英；同年11月27日，她还与汪明荃、马德钟合作主演了民国爱情剧《东山飘雨西关晴》，并在剧中饰演了家道中落的聚喜楼老板娘叶向晴。
2009年8月10日，佘诗曼与黄子华合作主演了时装喜剧《绝代商骄》，她在剧中饰演工作勤奋、崇尚物质主义的行政总裁助理林淼淼；同年10月19日，与杨怡合作主演的古装宫廷剧《宫心计》首播，她在剧中饰演温柔贤良、凡事为他人想的德妃刘三好，该剧以平均收视35点，最高收视50点的成绩取得香港年度电视剧收视冠军，而她亦凭借该剧提名万千星辉颁奖典礼最佳女主角和我最喜欢的电视女角色奖，并获得第六届首尔国际电视节香港地区最受欢迎演员奖等奖项。
2010年8月23日，佘诗曼主演的古装喜剧《公主嫁到》播出，她在剧中饰演刁蛮任性却又心地善良、足智多谋的昭阳公主，而该剧则以平均收视34点，最高收视45点的成绩再次成为香港年度收视冠军，而她亦凭借该剧获得MYAOD我的最爱TVB剧集颁奖典礼我的最爱电视女主角和十大我的最爱电视角色奖、万千星辉颁奖典礼我最喜爱的电视女角色奖、以及第16届亚洲区电视大奖佘最佳戏剧女主角奖等奖项。
2011年5月，佘诗曼与TVB转签部头约，转入中国内地市场；随后，她与林峰合作主演了时装喜剧《花花世界花家姐》，她在剧中饰演善良率直、思想单纯的智障女孩花丽珠；8月5日，与欧阳震华合作主演的古装悬疑剧《带刀女捕快》首播，她在剧中饰演温婉贤淑、精打细算的女捕快柳明月；同年11月21日，她还与林保怡、陈豪合作主演了时装悬疑《天与地》，并在剧中饰演了特立独行、不畏人言的电台主持人叶梓恩。
2012年1月30日，与陈豪合作主演了时装爱情剧《4inlove》，她在剧中饰演国际巨星童蔼瑶；7月16日，主演古装悬疑剧《新审死官》；同年12月15日，佘诗曼主演的第一部内地民国剧《嫁入豪门》在中国内地地面频道首播，她在剧中饰演了外柔内刚的沈家养女沈盈秀。
2013年，佘诗曼签约TVB与内地公司合作的TVBC；同年7月21日，佘诗曼与胡军合作主演的历史史诗剧《建元风云》播出，她在剧中饰演外柔内刚、聪明贤慧的汗妃察必。
2014年8月25日，佘诗曼与林峰、苗侨伟合作主演的警匪剧《使徒行者》播出，她在剧中饰演贪钱怕事却又不失义气的沐足店老板丁小嘉，该剧以30.5的跨平台收视率成为香港年度收视冠军，而她亦凭借该剧获得万千星辉颁奖典礼最受欢迎电视女角色和最佳女主角奖、新加坡星和无线电视大奖我最爱TVB女主角及我最爱TVB电视女角色奖等奖项。
2015年2月19日，主演的浪漫爱情电影《冲上云霄》上映，她在片中饰演空中服务员潘家诗，该片上映6天内地票房累计破亿，在香港地区夺得贺岁华语片票房第一；10月26日飞往德国拍摄《爱情来的时候2》；11月12日，与张智霖、陈乔恩合作主演的《十月初五的月光》电影版在港、澳、星、马四地同日上映，该片在港澳两地首日票房实收119.2万，香港票房972,883万，荣登华语电影票房冠军，11月20日，该片在中国上映，上映3天后成功问鼎2015年纯港产爱情片票房冠军。
2016年1月7日，与古天乐、张家辉、吴镇宇合作主演的电影版《使徒行者》开机，她在片中饰演丁小嘉表面上是一家沐足店的老板娘，实际上是刑事情报科康道行警司的五名卧底之一。
2017年4月，与黄子华合作主演的电影《栋笃特工》杀青；6月14日，主演的《延禧攻略》举行了开机发布会，她在剧中饰演独掌六宫大权的皇后辉发那拉氏；10月27日，与古天乐、张智霖合作主演的恐怖电影《常在你左右》在中国内地上映，她在片中饰演休班警员Sam的妻子阿思；同年，与梁家辉合作主演商战电影《西伯利亚风云》，她在片中饰演刚柔并济、重感情的女商人安澜。
2018年1月，在电视剧《夸世代》大结局中客串登场；5月，与吴镇宇、张智霖合作主演电影《泄密者》举行发布会，她在影片中饰演了一位“不怕死”的记者；6月15日，主演的犯罪动作悬疑电影《泄密者》正式上映；7月19日与秦岚、聂远合作的古装宫廷剧《延禧攻略》于爱奇艺独家上线；特别出演郑伊健、陈小春等人主演电影《黄金兄弟》，在片中饰演无国界医生，该片将于9月21日上映。
2019年4月，与黄晓明、尹正合作主演民国戏《鬓边不是海棠红》，在剧中饰演二奶奶范湘儿；5月，搭档唐嫣、窦骁主演古装剧《燕云台》。
