2001年臺(tái)灣戲劇之父賴聲川來到中戲做客席講座，院里選中
了1999級(jí)和2000級(jí)導(dǎo)演系的幾個(gè)學(xué)生參與排演，就是后來在人藝小劇場(chǎng)上演了一場(chǎng)的《如夢(mèng)之夢(mèng)》的一個(gè)半小時(shí)片段。湯唯的角色是五號(hào)病人的妻子A。她的表現(xiàn)和踏實(shí)作風(fēng)贏得了賴聲川的喜愛，賴聲川走的時(shí)候托付戲劇制作人袁鴻好好關(guān)照她。
2005年話劇《切?格瓦拉》復(fù)排選角時(shí)，袁鴻把湯唯帶過來給導(dǎo)演楊婷看。楊婷認(rèn)為湯唯“身上很干凈，就有那么種正氣，特像革命女戰(zhàn)士”，因此選定她出演正方女一號(hào)。后來?xiàng)铈脦е鴾ㄈロn國演出《切?格瓦拉》，湯唯的腳扭傷了，堅(jiān)持把幾場(chǎng)戲演完，一個(gè)人把戲劇節(jié)所有的話劇都看了。電視劇《
警花燕子》的導(dǎo)演張菁就是在看完《切?格瓦拉》后決定讓湯唯來出演燕子一角，這個(gè)角色讓湯唯獲得了生平第一個(gè)女演員獎(jiǎng)――2005年第6屆數(shù)字電影百合獎(jiǎng)優(yōu)秀女演員。
2006年夏天，剛剛憑《
斷背山》獲得奧斯卡最佳導(dǎo)演的李安宣布回歸華語電影，籌拍由張愛玲短篇小說改編的電影《色?戒》，為了能夠找到適合王佳芝的演員，李安開始在兩岸三地大規(guī)模選角。當(dāng)時(shí)還是無名小演員的湯唯在北京參加面試，被香港演員導(dǎo)演Rosanna推薦給了李安，李安在北京約談湯唯兩次，又向賴聲川電話征求意見。其后湯唯被帶到上海進(jìn)行訓(xùn)練，唱蘇州評(píng)彈、學(xué)習(xí)打麻將，而后又分別在北京和香港進(jìn)行魔鬼式訓(xùn)練，學(xué)習(xí)上穿旗袍高跟鞋、看電影、苦讀史料級(jí)各類書籍，每天近10個(gè)小時(shí)、歷時(shí)3個(gè)月訓(xùn)練之后，李安滿意后，終于簽訂合同。《色?戒》9月開機(jī)，一共拍了118天戲，114天都在拍湯唯。李安把整部戲的成敗押在新人湯唯身上，但湯唯頂住壓力全情投入。
2007年8月31日，電影《色?戒》亮相威尼斯，湯唯與李安、梁朝偉等一道踏上影展的紅地毯。首映過后，湯唯博得了海內(nèi)外媒體的稱贊，聲勢(shì)一度超過了梁朝偉，最終影片獲得最高獎(jiǎng)“金熊獎(jiǎng)”。在2007年12月8日舉辦的第44屆臺(tái)灣電影金馬獎(jiǎng)上，湯唯榮獲最佳新人獎(jiǎng)。
雖然《色?戒》使得湯唯在華語影壇以及西方影視界獲得關(guān)注，但該片中幾段激情戲使得湯唯和男主角梁朝偉倍感壓力。除了民間非議以外，中國大陸官方也通過行政手段對(duì)她進(jìn)行了限制。2008年3月5日各電視臺(tái)接到中華人
民共和國廣電總局的電話命令，禁止對(duì)湯唯進(jìn)行任何形式的宣傳，包括播出她代言的廣告，并要求低調(diào)處理此事。廣電總局的“封殺”影響了湯唯參與影視工作的進(jìn)程，直接影響是使其無法順利接演片約，整個(gè)2008年演藝事業(yè)完全陷于停頓。湯唯的經(jīng)紀(jì)公司安樂電影秉著”沉默是金“的原則，在李安的推薦下安排湯唯遠(yuǎn)走英國短期學(xué)習(xí)舞臺(tái)劇和英文。2008年底，湯唯通過香港政府的“優(yōu)秀人才入境計(jì)劃”獲得香港居民身份，令她在工作上的自由度擴(kuò)大，有助于其影視事業(yè)的發(fā)展。
2009年，在經(jīng)紀(jì)人江志強(qiáng)的推薦下，湯唯與張學(xué)友出演編劇岸西導(dǎo)演作品《月滿軒尼詩》。2010年春此片順利在內(nèi)地上映，湯唯也接連出現(xiàn)在央視主辦的活動(dòng)中，宣告“解禁”。此片中湯唯憑借清新喜劇的表演獲得金馬獎(jiǎng)金像獎(jiǎng)最佳女主角雙提名，并榮獲第11屆華語電影傳媒大獎(jiǎng)最佳女主角獎(jiǎng)。
2010年9月，參演《
建黨偉業(yè)》，湯唯在片中扮演江南第一才女陶毅，但是其后遭遇刪戲，盡管在預(yù)告片短暫露臉，但在108人演員名單中，湯唯正式消失，引起外界一定猜測(cè)。
2011年，湯唯與玄彬共同主演的文藝片《
晚秋》在韓國上映。該片翻拍自韓國上世紀(jì)60年代經(jīng)典文藝愛情片，她扮演一位因表現(xiàn)良好而得到假釋的女犯人，與玄彬出演的逃犯短暫相戀。湯唯憑借影片當(dāng)中的演出在第47屆韓國百想藝術(shù)大賞頒獎(jiǎng)禮上榮獲電影部門的最佳女主演獎(jiǎng)，成為了韓國三大獎(jiǎng)歷史上第一位獲得最佳女主演的外國女演員。湯唯因《晚秋》在韓國影壇共獲得了十項(xiàng)最佳女主角獎(jiǎng)項(xiàng)。2012年3月該片引進(jìn)中國大陸，影片近七千萬票房。
2011年，由陳可辛導(dǎo)演、甄子丹、金城武、湯唯“甄唯武”組合主演的《
武俠》2013年3月，由薛曉璐執(zhí)導(dǎo)，湯唯、吳秀波主演的愛情片《
北京遇上西雅圖》上映。電影票房累計(jì)5.2億元，刷新了國產(chǎn)電影愛情片票房紀(jì)錄。同期香港票房破1000萬元港幣，打破內(nèi)地愛情喜劇在香港的票房紀(jì)錄。影片為湯唯四年內(nèi)第三次提名香港電影金像獎(jiǎng)最佳女主角，并在內(nèi)地收獲北京大學(xué)生電影節(jié)、廣州大學(xué)生電影節(jié)、中國電影導(dǎo)演協(xié)會(huì)等多項(xiàng)獎(jiǎng)項(xiàng)。
2014年，湯唯與馮紹峰、王志文、郝蕾參演了許鞍華導(dǎo)演的《
黃金時(shí)代》，片中扮演民國傳奇女作家蕭紅。4月15日，《黃金時(shí)代》第一次全陣容亮相。湯唯也因此片第三次提名臺(tái)灣電影金馬獎(jiǎng)最佳女主角獎(jiǎng)。
2015年1月8日，在美國洛杉磯參加其參演電影《
駭客交鋒》首映禮。2月6日，憑借電影《黃金時(shí)代》，榮獲第34屆香港電影金像獎(jiǎng)最佳女主角提名，這是她第四次入圍該獎(jiǎng)項(xiàng)。4月17日，湯唯在洛杉磯參加Burberry“LondoninLosAngeles”活動(dòng)。同年與廖凡、蘇巖主演的愛情喜劇電影《
命中注定》將于7月24日上映。
