2005年,出演个人首部电视剧《心戒》而进入演艺圈,饰演了一名戒毒医生何茹。同年,参演电视剧《出路》。2008年12月,主演侦探悬疑剧《刻不容缓》。2009年2月,主演爱情偶像剧《温柔的背后》,在其中一个故事里饰演售楼MM卓然。2010年,与吴奇隆主演系列电影《镖行天下前传》,她在片中饰演了武功高强的谷平安。
2011年,与谢霆锋搭档主演励志电视剧《下一个奇迹》,并在剧中饰演了一位温柔善良但又有些懦弱的女孩佳嬿。4月,友情出演的郭方宏执导的温柔三部曲之《温柔的谎言》播出。2012年3月,与黄晓明、林心如、罗嘉良共同参演历史剧《精忠岳飞》,她在剧中饰演了表面柔弱但内心强大的卧底女刺客赵小满。2013年4月,与何晟铭主演的战争题材电视剧《桐柏英雄》登陆央视电视剧频道黄金剧场,并在剧中饰演了敢爱敢恨,疾恶如仇的何翠姑,该剧是王鸥首次出演战争戏。同年,参演了都市现代轻喜剧《我的冤家住对门》。
2015年1月7日,主演了古装剧《皇甫谧传奇》,她在剧中饰演了漂亮懂事,武功高强的香菱。8日,在年代剧《花火花红》中饰演了刻薄刁钻、娇生惯养、伶牙俐齿的田家大小姐田明媚。30日,主演的都市爱情剧《月供》在江西卫视、广东卫视播出,剧中王鸥饰演了一个精明能干但也金钱至上的女孩利娜。9月19日,与胡歌、刘涛共同主演的古装权谋剧《琅琊榜》登陆东方卫视、北京卫视,并在剧中饰演了智慧超群的谋士秦般若。25日,与胡歌、靳东共同主演了谍战剧《伪装者》,她在剧中饰演了美艳动人的汪曼春。10月,参演了古装悬疑推理剧《神探狄仁杰之情花金人案》。12月18日,出演湖南卫视真人秀节目《全员加速中》剧情人物。
2016年1月1日,王鸥凭借电视剧《琅琊榜》里的精彩表现获得安徽卫视国剧盛典“最受欢迎女配角”提名。25日,参演了王学圻首次执导的动作片《以父之名》。2月,主演了古装网络剧《欢喜密探》,她在剧中饰演了聪明伶俐,重情重义的女侠袁玉娥。3月,参加湖南卫视芒果TV综艺节目《明星大侦探》,与何炅、撒贝宁、吴映洁组成固定嘉宾。30日,出演了近代革命剧《锻刀》,并在剧中饰演了刚毅,聪慧的江美兰。7月8日,主演的都市冒险喜剧片《发条城市》上映。9月,主演了古装仙侠剧《莽荒纪》,她在剧中饰演了外冷内热,沉着稳重的火虹仙子余薇。
2017年2月17日,主演的都市生活剧《周末父母》在湖南卫视播出,并在剧中饰演了PARA时尚公司高管赵佳妮。3月,主演了都市剧《总有蝴蝶过沧海》。5月,主演了根据天下归元小说《凰权》改编的古装剧《天盛长歌》,在剧中饰演了个性鲜明,敢爱敢恨又忠勇大气的女将华琼。
2018年3月2日,参加2018年中央电视台元宵晚会,与霍思燕、常远、董力、王雅洁、黄训国、魏允熙、优我女团反串表演《卖汤圆》;同年,主演现代都市情感电视剧《推手》,剧中饰演女主陈一凡。
2019年7月16日,与刘昊然、宋祖儿等合作主演的古代传奇剧《九州缥缈录》播出,饰演神秘的“魅”族女子苏瞬卿;9月6日,王鸥友情出演的都市律政题材电视剧《精英律师》杀青。11月,凭借电视剧《芝麻胡同》获得第26届华鼎奖中国近现代题材电视剧最佳女演员提名;10月22日,与张若昀领衔主演的谍战剧《谍战深海之惊蛰》在湖南卫视播出。
2020年1月23日,参加湖南卫视亲情观察成长节目《我家那闺女2》;1月24日,王鸥在2020年中央广播电视总台春节联欢晚会与乌兰图雅、凤凰传奇、杜江、魏大勋表演歌舞《锦绣小康》;1月25日,参加湖南卫视全球华侨华人春晚,演绎旗袍舞蹈秀《茉莉花》。