2000年2月14日霍思燕参演的电视剧《贫嘴张大民的幸运生存》正式播出，这是霍思燕的第一部正式电视剧，在剧中饰演张大雪。2001年，霍思燕与俞飞鸿、何中华等主演的的电视剧《
三少爷的剑》以及和张铁林、王刚、张国立等主演的《
铁齿铜牙纪晓岚》前后播出，霍思燕别离饰演纪情、香草。2002年，霍思燕与刘小峰、于波、唐国强等主演的民国电视剧《
女人汤》，霍思燕首次饰演反派人物高子。2003年，霍思燕首次担负女主角，与邓超、潘虹、郝蕾等主演的汗青剧《少年皇帝》，霍思燕饰演的是一个委曲求全、才貌双全的“完善女人乌云珠。
2005年霍思燕和潘虹再度合作，联合蒋欣、杨蕊、六小龄童、郑国霖等主演的古装神话感情剧《眉飞色舞七仙女》于7月21日正式首播，霍思燕在该剧中饰演女主角七仙女紫儿。
2006年霍思燕在与林志颖、唐宁、杨幂等主演的古装神话悲剧《新聊斋志异》中首度饰演女鬼秋荣并与聂远主演的悲情剧《
像风一样离去》中首次饰演女一号乔可欣；同年在与邱心志、戴春荣主演的古装清装悲剧《
杨乃武与小白菜》中饰演女一号小白菜并在古装宫庭剧《大清后宫之还君明珠》中客串沈吟秋一角。此外，霍思燕首次主演的影戏《
我要成名》于9月1日上映，该片由香港导演刘国昌执导，会聚了尔东升、陈果、梁家辉、刘青云等演员，霍思燕饰演女一号吴晓菲，霍思燕凭仗该片入围第二十六届中国香港金像奖最好新人奖和中国香港影戏金紫荆奖最好新人奖，并获得中国影戏导演协会最好新人银奖。
2007年霍思燕首次参演的战争剧《西安事项》在中心电视台播出，霍思燕在该剧中饰演四蜜斯赵一荻。
2008年霍思燕与吴樾、黄维德主演的《江湖旧事》于2月20日播出，霍思燕饰演女主角赵小灵，这是霍思燕首次出演打女；2月22日，霍思燕与陈键锋、严宽主演的民国感情剧《最初的格格》在多地播出，霍思燕饰演女一号云香格格。
2009年霍思燕与钟汉良、何晟铭、孙菲菲、邓萃雯主演的民国武侠感情剧《玫瑰江湖》于春节时代在广州电视台播出，霍思燕饰演女一号君绮罗，这是霍思燕首次担纲出演了一个“大女人”范例的角色；同年继《贫民张大嘴的幸运生存》以后，霍思燕再次出演庶民题材，与冯绍峰主演的当代电视剧《
夫妻一场》播出，霍思燕饰演女主角宁小燕，这也是霍思燕首次饰演妈妈。
2010年霍思燕、李晨主演的都市感情剧《
孽缘》播出，收视超过《
三国》、《
杨贵妃秘史》等，以2.64的收视率和5.31的市场份额成为2010年上半年天下收视冠军，霍思燕饰演的女主角汪海灵在遭遇性加害和友人背叛、怙恃辞世等一系列冲击后，在生存中重拾勇气，获取新生，因此霍思燕被称为“顽强女性代言人”；此外，霍思燕与欧阳震华等主演的神话剧《
天师钟馗》以及与朱雨辰主演的都市恋爱剧《爱要有你才完善》前后播出并获得同时段收视冠军。
2011年霍思燕再度与李晨主演的电视剧《
风车》在北京卫视播出，霍思燕饰演女一号北兆。影戏方面，霍思燕参演筷子兄弟的影戏《
父亲》和短片《
赢家》，饰演霍燕燕；霍思燕与李宗翰、李心洁主演的推理奇情片《梦游3D》上映，霍思燕凭仗该片入围东京国际影戏节影后。
2012年霍思燕与范冰冰、冯绍峰主演的影戏《二次暴光》上映，票房过亿，这是霍思燕首部过亿票房；与归亚蕾、杨洋、蓝正龙、张孝全等主演的经典翻拍影戏《
饮食男女2012》9月23日，北京首映，霍思燕饰演女一号瓦儿。
2013年霍思燕与张晓龙、陈紫函主演，任泉事情室、上海剧帝影视传媒有限公司、万达影视联合出品的都市感情励志轻笑剧《爱人情前谁怕谁》于9月28日在浙江卫视黄金档，中心电视台一套十一档同步播出，霍思燕转型首次应战“女汉子”于小渔，该剧播出后便排名黄金档收视第一位，整个播出期不乱在黄金档收视前二名。
2014年4月霍思燕与雷佳音等联合主演电视剧《
我的媳妇是女王》，饰演女一号开心；11月与丈夫杜江合作出演当代剧《再会，老婆大人》，该剧将于2016年播出。
2015年2月12日霍思燕与李晨、杜江等主演的电视剧《
草帽警察》在中心电视台电视剧频道首播，霍思燕在剧中饰演女主角，一位热辣的村花赵小静，该剧也是其首次出演村姑的角色；4月21日出演影戏《罗曼蒂克灭亡史》；5月9凭仗《草帽警察》获得第二届中美国际电视节最好女主角奖。8月，都市时尚轻笑剧《待嫁三令媛》在北京开机，霍思燕、王阳明、陶慧、周楚楚、曹璐倾情主演。
