1994年,中国香港和内地合拍电影《追捕野狼帮》,原定的中国香港女演员由于档期原因不能参演,颜丙燕获得参演机会,在剧中担任第一女主角饰演一个女特警队长,这是她的首部电影作品。1995年,参演首部电视剧《甘十九妹》。1997年,参演《红十字方队》夺得第16届中国电视金鹰奖最佳女配角奖。2001年,参演江珊、李幼斌主演的电视剧《永不放弃》,饰演王现代一角。2002年8月,在陈坤、林心如、杨雪的主演电视剧《非你不可》中饰演林江浩的妻子。2004年,与张铁林主演电视剧《人生几度秋凉》。2007年,参演电影《爱情的牙齿》,饰演钱叶红一角,凭此片获得金鸡奖最佳女主角奖。2010年6月24日,主演的电视剧《远山的红叶》在央视一套黄金时间播出,颜丙燕在剧中出演四川南江纪委书记王瑛一角。2011年3月,参演张嘉译主演的谍战剧《借枪》,与张嘉译在剧中饰演一对夫妻;8月,主演的电视剧《满秋》陆续在江苏、广东、沈阳、深圳、青岛、云南等地区播出,在剧中与三个男人发生情感纠葛,还成为单亲妈妈,并与好友李坤霖上演了温情“柏拉图之恋”。2012年11月,主演的电影《万箭穿心》上映,获得中国电影导演协会、北京大学生电影节、电影百合奖、北京国际电影节“天坛奖”、华语电影传媒大奖、中国电影华表奖最佳女主角奖,2013年12月,颜丙燕凭借在电影《万箭穿心》斩获首届伦敦国际华语电影节最佳女主角,夺得“金骑士”奖杯。2014年3月,与王刚领衔主演黄力加执导的电视剧《家宴》在北京、广东、江西、湖北卫视播出,颜丙燕饰演一度陷入事业、感情、家庭危机的冯大米。4月,出席第四届北京国际电影节天坛奖颁奖典礼,为章子怡颁奖。6月,受聘担任第17届上海国际电影节亚洲新人奖评委。2015年9月16日,颜丙燕连同王德顺、李乃文、王晴等主演的电影《养老计划》在京举行开机仪式。2016年,颜丙燕凭借电影《盛先生的花儿》获得第19届上海国际电影节电影频道传媒关注单元“最受传媒关注女主角”荣誉。2017年4月,出演电影《香港大营救》。8月,出演电视剧《阳光法庭》2018年,零台词出演电影《冬去冬又来》。