高圓圓出演過的電影有《愛情麻辣燙》、《男才女貌》、《南京！南京！》、《好雨時節》、《十七歲的單車》、《決戰芝加哥》、《青紅》、《開往春天的地鐵》、《第三個人》、《寶貝計劃》、《無人駕駛》、《愛出色》、《單身男女》、《搜索》、《盲探》、《君子道》等等。

1997年，高圓圓因脫俗的高中女生形象被導演張中主演愛情電影《愛情麻辣，飾演女學玲，這是其個人的大銀幕處女作，從此開始了她的演藝生涯。2006年9月，與成龍、古天樂合作主演喜劇動作片《寶貝計劃》，高圓圓憑借在片中飾演寶貝育嬰師Melody一角而入圍百花獎最佳女演員提名。

2007年1月，與余文樂合作主演愛情電影《男才女貌》，高圓圓憑借聾啞幼師秦小悠一角獲得第11屆電影表演藝術學會獎新人獎；10月，主演懸疑驚悚劇《第三個人》，飾演絕癥晚期患者肖可。

2009年7月，主演都市愛情電影《無人駕駛》；10月，在愛情片《好雨時節》中飾演吳越；11月，參演時尚愛情電影《愛出色》，飾演頗有時尚范兒的女明星；12月在《大秦帝國之裂變》中飾演白雪。

2010年，高圓圓主演杜琪峰導演的都市愛情電影《單身男女》，憑借為愛情堅持而純粹投資分析員程子欣一角提名第31屆香港電影金像獎最佳女主角、華語電影傳媒大獎觀眾票選最受矚目女演員。

2012年2月，主演文藝愛情電影《高海拔之戀Ⅱ》，飾演內地知名女星丁圓圓；7月，在陳凱歌執導現實題材電影《搜索》中塑造一個受到網絡傷害而選擇自殺的都市白領葉藍秋，該片上映后以1.8億的票房成績在大陸收官，隨后陸續在港臺和海外上映。

2014年9月，與謝霆鋒首次合作主演愛情電影《一生一世》，取得了2.3億人民幣的票房成績，并入圍第6屆澳門國際電影節最佳女主角；11月，主演都市愛情電影《單身男女2》。2017年，與梁家輝、古天樂合作主演了警匪電影《風林火山》，她在片中飾演一位心理醫生。