高圆圆出演过的电影有《爱情麻辣烫》、《男才女貌》、《南京！南京！》、《好雨时节》、《十七岁的单车》、《决战芝加哥》、《青红》、《开往春天的地铁》、《第三个人》、《宝贝计划》、《无人驾驶》、《爱出色》、《单身男女》、《搜索》、《盲探》、《君子道》等等。
1997年，高圆圆因脱俗的高中女生形象被导演张中主演爱情电影《爱情麻辣，饰演女学玲，这是其个人的大银幕处女作，从此开始了她的演艺生涯。2006年9月，与成龙、古天乐合作主演喜剧动作片《宝贝计划》，高圆圆凭借在片中饰演宝贝育婴师Melody一角而入围百花奖最佳女演员提名。
2007年1月，与余文乐合作主演爱情电影《男才女貌》，高圆圆凭借聋哑幼师秦小悠一角获得第11届电影表演艺术学会奖新人奖；10月，主演悬疑惊悚剧《第三个人》，饰演绝症晚期患者肖可。
2009年7月，主演都市爱情电影《无人驾驶》；10月，在爱情片《好雨时节》中饰演吴越；11月，参演时尚爱情电影《爱出色》，饰演颇有时尚范儿的女明星；12月在《大秦帝国之裂变》中饰演白雪。
2010年，高圆圆主演杜琪峰导演的都市爱情电影《单身男女》，凭借为爱情坚持而纯粹投资分析员程子欣一角提名第31届香港电影金像奖最佳女主角、华语电影传媒大奖观众票选最受瞩目女演员。
2012年2月，主演文艺爱情电影《高海拔之恋Ⅱ》，饰演内地知名女星丁圆圆；7月，在陈凯歌执导现实题材电影《搜索》中塑造一个受到网络伤害而选择自杀的都市白领叶蓝秋，该片上映后以1.8亿的票房成绩在大陆收官，随后陆续在港台和海外上映。
2014年9月，与谢霆锋首次合作主演爱情电影《一生一世》，取得了2.3亿人民币的票房成绩，并入围第6届澳门国际电影节最佳女主角；11月，主演都市爱情电影《单身男女2》。2017年，与梁家辉、古天乐合作主演了警匪电影《风林火山》，她在片中饰演一位心理医生。
