Cao Viên Viên bắt đầu sự nghiệp là người mẫu đóng các quảng cáo thương mại.[4] Năm 1997, cô chính thức ra mắt với phim điện ảnh Súp Gia Vị Tình Yêu.[5]

Trong năm 2003, với bộ phim cổ trang Ỷ Thiên Đồ Long Ký, cô đã nhận được sự quan tâm rộng rãi. Năm 2005 với vai nữ chính trong phim điện ảnh Giấc Mơ Thượng Hải đã đạt giải Cành cọ vàng tại LHP Cannes và tên tuổi của Cao Viên Viên trong làng điện ảnh Hoa ngữ từ đó cũng được biết tới[6].

Năm 2006 với Kế Hoạch Baby cô nhận được đề cử cho gianh hiệu Nữ diễn viên xuất sắc nhất tại Giải Bách Hoa[7].

Vào năm 2007, nhờ bộ phim tình cảm Tình Yêu Chốn Thị Thành trong vai một giáo viên tận tụy Tần Tiêu, Cao Viên Viên đã giành giải tài năng mới tại Giải Kim Kê lần thứ 11[8].