1990年，秦海璐考入營口市戲曲學校，學習京劇專業，主攻刀馬花旦。1995年，遼寧省組織少年友好交流訪問團到日本演出，17歲的海璐帶著她的京劇《天女散花》訪問日本26個城市，連演40余場，并且使用了14米的長綢。

1996年，秦海璐考入中央戲劇學院表演系，學習舞臺劇。

2000年，秦海璐考入中央實驗話劇院。她憑借陳果執導的電影《榴蓮飄飄》獲得第57屆威尼斯國際電影節最佳女主角提名，并最終獲得臺灣電影金馬獎最佳新人及最佳女主角、中國香港電影評論學會獎、香港電影金紫荊獎最佳女主角以及香港電影金像獎最佳新人獎。

2002年，憑借電影《像雞毛一樣飛》獲得瑞士洛伽諾電影節特別嘉許獎。

2003年，秦海璐成為第一個受梅艷芳邀請加入香港演藝人協會的內地演員。

2004年，她主演的電影《冬至》又入圍東京國際電影節和韓國釜山電影節。

2005年，秦海璐把工作范疇拓展到音樂，簽約SONY BMG唱片公司。發行了第一張個人音樂專集《幸?；匚丁贰?/p>

2007年，她又以電影《父子》入選香港電影評論學會最佳女演員。同年，秦海璐簽約華納唱片公司，發行了第二張個人專輯《單行線》及同名短片。時隔多年再次登上話劇舞臺的秦海璐主演的話劇《紅玫瑰與白玫瑰》也于該年創下國內話劇票房紀錄，她也因此榮獲由文化部頒發的國家院團展演優秀表演獎。

2010年，秦海璐策劃電影《愛情36計》并客串演出，她在片中的表演串聯起整個故事。同年，秦海璐在話劇《四世同堂》中扮演經典角色“大赤包”，該劇開了內地排練臺灣首演的先例。

2011年，和劉德華、葉德嫻合作演出《桃姐》，該片入圍威尼斯電影節并代表香港參選奧斯卡最佳外語片。同年由她出品并主演的電影《鋼的琴》在業內受到好評，秦海璐也憑借電影中的表演入圍多個電影節并獲得紐約中國電影節杰出藝人獎和上海電影節傳媒大獎。《桃姐》、《鋼的琴》同另一部由她參與編劇并主演的電影《到阜陽600里》共同入圍當年的臺灣電影金馬獎，她也憑借《到阜陽600里》獲得第48屆臺灣電影金馬獎最佳原著劇本獎。

2013年，和陸毅合作演出《假如生活欺騙了你》，以上世紀80年代為背景，通過展現三段不同模式的中國式婚姻，揭示當代“圍城”背后的苦與樂。同年，由她主演的電影《青春派》入圍上海電影節。這一年，秦海璐還參演了多部導演作品，吳宇森的《太平輪》，王小帥的《闖入者》，張婉婷、羅啟瑞的《三城記》。”

2013年4月，秦海璐和導演田沁鑫再度聯手，將李碧華小說《青蛇》搬上話劇舞臺，該劇為香港藝術節委約作品。這也是二人繼《紅玫瑰與白玫瑰》、《四世同堂》之后的再度合作。秦海璐因其在話劇《四世同堂》中的演出獲得本年度金獅獎演員獎。

2014年，《青蛇》作為中國代表劇目參加“2014國際戲劇節”，在華盛頓肯尼迪藝術節上演4場。年底，秦海璐主演的由鄭曉龍導演的莫言經典作品改編《紅高粱》播出，戲中秦海璐與周迅的“宅斗”戲引起了廣泛討論。

2015年，秦海璐憑借《紅高粱》，獲得第21屆上海電視節白玉蘭最佳女配角獎；7月5日，與郭曉東、胡兵合作主演的溫情勵志時尚大戲《媽媽向前沖》登陸山東衛視播出，在劇中飾演事業有成、家庭美滿的女強人“汪晴”一角；12月，主演美食情感劇《女人花似夢》 。

2016年，主演溫情勵志時尚大戲《媽媽向前沖沖沖》。出演翻拍自韓國驚悚電影《捉迷藏》。5月13日，主演的喜劇愛情電影《購物女王》上映；同年，參加北京衛視明星真人秀《跨界歌王》的比賽，獲得最佳表現獎；同年，參演都市感情劇《女不強大天不容》，飾演銀行職員“徐文珺”。

2017年4月17日，主演的年代劇《白鹿原》播出。6月21日，秦海璐受邀出席第20屆上海國際電影節電影項目創投頒獎禮，以導演身份亮相上影節多項活動的她，在頒獎禮現場榮獲了“最受關注項目”獎。同年，秦海璐受邀擔任第54屆臺灣電影金馬獎評審。

2018年2月15日，在中央電視臺春節聯歡晚會上，秦海璐與孫濤、王宏坤表演小品《提意見》；5月，出任第21屆上海國際電影節金爵獎評委會主競賽單元評委；9月28日，主演的情感劇《你遲到的許多年》在湖南衛視黃金檔播出，在劇中她飾演在人生道路上幾經起落的趙益勤一角。同年，主演的革命歷史劇《人民總理周恩來》開機。

2019年8月26日，與陳寶國主演的年代劇《老酒館》 首播；9月24日，加盟由李少飛執導的電視劇《我待生活如初戀》，秦海璐在劇中飾演手槍；11月，擔任第41屆開羅國際電影節主競賽單元評委；11月6日，主演的《河山》在北京衛視播出。

2020年5月，以“特邀創始人”的身份加盟騰訊視頻能量女團成長綜藝《創造營2020》；6月，以首發嘉賓的身份參加北京衛視音樂綜藝節目《跨界歌王第五季》；9月16日，與王雷、張鐸搭檔主演的家庭都市劇《親愛的，你在哪里》首播，在劇中飾演女主角何雪琳；9月28日，與周一圍、張智霖等合作主演電影《掃黑行動》開機；10月24日，參加中央廣播電視總臺《英雄兒女——紀念中國人民志愿軍抗美援朝出國作戰70周年文藝晚會》；11月19日，主演的都市愛情懸疑劇《最初的相遇，最后的別離》播出；11月29日，與張嘉益、閆妮等主演的都市劇《裝臺》在CCTV-1和芒果TV播出；12月21日，監制并主演的電影《云水》上映，她在片中飾演女主角蘇梅；12月31日，加盟《2021迎冬奧相約北京BRTV環球跨年冰雪盛典》；同日，參加央視跨年晚會《啟航2021——中央廣播電視總臺跨年盛典》 。

2021年2月11日，參加《2021年中央廣播電視總臺春節聯歡晚會》，與孫濤、王迅、黃子韜表演小品《大掃除》；4月7日，參加的夫妻觀察治愈類節目《妻子的浪漫旅行 第五季》播出；4月30日，主演的諜戰題材電影《懸崖之上》上映；5月1日，主演的現代軍旅布局《空中突擊》開機；5月28日，主演的電影《迷妹羅曼史》上映；10月1日，參演中央廣播電視總臺的《中國夢·祖國頌——2021國慶特別節目》，與鄭云龍共同表演歌舞《百年征途》；11月，以“洛陽有緣人”的身份參與錄制愛奇藝原創全景式人文探索節目《登場了！洛陽》；12月11日，主演的家庭倫理劇《小敏家》在湖南衛視播出；12月31日，參加《2022迎冬奧BRTV環球跨年冰雪盛典》。

2022年1月，參加虎年央視春晚彩排；2月1日，參與演唱的北京2022年冬奧會和冬殘奧會口號推廣音樂短片《一起向未來》發布；2月2日，參加《百花迎春》晚會，與靳東、吳京等人共同講述《致百花》；3月6日，特別出演的罪案推理短劇集《獵罪圖鑒》在愛奇藝和騰訊視頻上線；6月22日，與劉濤、劉宇寧、柴碧云領銜主演的女性成長勵志劇《做自己的光》開機，在劇中飾演為了理想不愿向利益妥協讓步的工作狂白楊；8月20日，參加第十二屆北京國際電影節閉幕式。9月5日，領銜主演的都市女性話題劇《她們的名字》在優酷播出，在劇中飾演職場精英雷粒。同年，主演當代都市劇《從這里開始》。