2001年因参演由魏春光、吴雨桥主演的电视剧《其实不想走》而出道，在剧中饰演秦佩佩。 2002年参演由保剑锋、方圆主演的喜剧片《越活越精彩》，在片中饰演刘雨。[16]
2003年与佟大为、孙兴等共同出演电视剧《非常浪漫》，在剧中饰演姗姗。
2004年与张智霖、钟汉良共同主演古装武侠电视剧《逆水寒》，在剧中饰演傅晚晴[9]。
2006年与刘嘉玲、胡军共同主演张一白导演的电影《好奇害死猫》，获第26届中国电影金鸡奖最佳女配角提名。
2007年在央视开年大戏《闯关东》中饰演鲜儿。[11]
2008年在吴宇森执导的《赤壁》中饰演骊姬一角[10]；同年初推出了首张个人专辑《能不能幸福》。
2012年凭《悬崖》获得中国电视金鹰奖及上海电视节白玉兰奖两个最佳女演员奖；同年出演都市励志剧《那样芬芳》[3]，饰演荣芬芳。
2013年1月，其与陈思诚、万茜等人共同主演的都市剧《小儿难养》首播，在剧中饰演简宁。[70]同年在电影《萧红》中饰演近代女作家萧红[7]，获中国电影金鸡奖最佳女主角、第九届中美电影节“最佳女演员”奖。
2014年1月跨年代情感剧《爷们儿》开机拍摄，携手张嘉译、朱锐等主演该剧；12月主演的《四十九日·祭》在湖南卫视播出。
2015年3月26日与黄磊合作主演的电视剧《嘿，老头！》在北京、东方卫视播出；12月11日参演的电影作品《师父》全国上映。[4] 2016年1月11日与文章、李雪健主演的《少帅》在北京、东方卫视播出；7月15日其主演的电影《陆垚知马俐》全国上映；7月29日演唱的电影主题曲《花》正式上线。
2017年6月与黄渤、小沈阳共同主演、蔡尚君执导的电影《冰之下》入围第二十届上海国际电影节。
2018年5月参加并担任第21届上海国际电影节亚洲新人奖评委；同年主演的电影《诗人》入围了第31届东京国际电影节主竞赛单元，在片中饰演女主角陈蕙。
2019年1月主演的《破阵子》杀青；4月4日主演的电影《风中有朵雨做的云》上映；4月29日全新单曲《给小花》正式发布[6]；同年参演的《超级的我》定档6月28日[12]；9月30日主演的电影《我和我的祖国》上映；11月5日演唱的电影《霹雳娇娃》同名中国区主题推广曲MV上线，该片将于11月15日全国上映；11月22日与王千源合作的电影《你是凶手》上映。
2020年2月2日与李光洁、肖战等一起演唱文艺界抗击疫情主题MV《坚信爱会赢》；5月主演电视剧《盛装》《小舍得》；7月23日主演的剧情片《白色月光》宣布即将开播；8月10日主演的都市轻喜剧《生活像阳光一样灿烂》开播，饰演白灿烂。8月22日登上《NeufMode九号摩登》杂志封面；[14]8月23日全新单曲《陪着你》首发；[13]8月24日参加第11届中国电影导演协会2019年度表彰大会；[15]9月24日参加第四届山一国际女性电影展于，担任“致敬经典·时代缪斯”单元推荐官；10月担任第七届丝绸之路国际电影节“特别推荐团”成员之一；[25]11月6日主演的电影《风平浪静》在中国大陆上映；[26]10月18日出席第30届中国电视金鹰奖颁奖典礼，担任开奖嘉宾；[27]11月担任第29届华鼎奖专家评委会评委。[34]
2021年3月，电影《1921》公布出演阵容，宋佳加盟。[42]3月3日，参演的电影《没有一个春天不会来临》在官方微博发布海报并宣布开机。[41]4月2日，主演的电影《第十一回》在中国大陆上映。[39]4月6日，主演的电视剧《小舍得》正式官宣定档4月11日，并发布“比较”版定档预告及全阵容海报。[50]同年，参演电视剧《人世间》。[49]4月9日，出演的电影《超级的我》上映。[46][43]4月22日，为电影《阳光劫匪》演唱插曲MV《我要抱着你》。[51]6月5日，参演的爱情电影《诗人》上映。[54]5月1日，主演的电影《阳光劫匪》上映。[52]6月1日，入选第24届上海国际电影节金爵奖主竞赛单元评委会成员。[55]6月2日，第二十四届上海国际电影节金爵奖评委会揭晓，宋佳当选主竞赛单元评委会成员。[56]6月7日，主演的都市情感剧《纵有疾风起》首曝预告片。[57]7月9日，参演的电影《中国医生》在中国大陆上映。[43]7月1日，参演的电影《1921》将在中国大陆上映。[47]7月1日，参演歌舞《伟大征程——庆祝中国共产党成立100周年文艺演出》。[59]。9月15日，担任总制片人的电影《如果有当初》在爱奇艺电影全网独播。[62]9月30日，参演的电影《我和我的父辈》在中国大陆上映。[63]12月31日，电影《没有一个春天不会来临》官宣主演阵容，其中包括宋佳。[68]
2022年，参演电视剧《从爱情到幸福》。[58]1月28日，参演的电视剧《人世间》在中国大陆首播。[67]1月，参演的电视剧《纵有疾风起》在中国大陆首播。[69]
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