De Armas xuất hiện lần đầu diễn xuất vào năm 2006, thể hiện vai Marie trong Una rosa de Francia.[10] Năm 18 tuổi, cô chuyển đến Tây Ban Nha. Thành công lớn trên truyền hình đầu tiên của cô là phim truyền hình Tây Ban Nha El Internado, trong đó cô đóng vai chính là Carolina Leal, phát sóng trên Antena 3 vào năm 2007. Cô tiếp tục sự nghiệp của mình trong bộ phim Mentiras y gordas (2009), phim truyền hình Hispania, la leyenda (20102012012) và Blind Alley (2011).

Chuyển đến Hollywood

Năm 2014 de Armas chuyển đến Los Angeles. Cô xuất hiện trong bộ phim por un puñado de ambos. Năm 2015, cô đóng vai chính trong Knock Knock, cùng với Keanu Reeves, người mà cô cũng đóng chung trong bộ phim Exposed 2016. Cô cho rằng đạo diễn của Hands of Stone Jonathan Jakubowicz đã "phát hiện ra cô", kể từ khi anh đảm nhận vai trò quốc tế đầu tiên của cô, trong phiên bản 2016. Luôn bận rộn suốt năm 2016, cô cũng có một vai trò nổi bật trong War Dogs, đóng vai người vợ đạo đức của nhân vật Miles Teller.

Năm 2017, cô xuất hiện trong Overdrive, một bộ phim hành động kinh dị của Pháp,[11] và Blade Runner 2049 trong vai Joi, một chương trình máy tính ba chiều, là bạn gái của nhân vật chính. Diễn xuất của cô trong phim nhận được đánh giá cao và được đặc trưng như một vai diễn đột phá.[12][13][14]

Vào tháng 5 năm 2018, đã có thông báo rằng Armas sẽ tham gia bộ phim truyền hình tội phạm The Night Clerk, mặc dù không có ngày phát hành nào được công bố.[15]