Bắt đầu sự nghiệp (1999-2000)

Năm 1998, khi vẫn còn đang học tại Học viện hý kịch trung ương, Chương Tử Di đã được đạo diễn Trương Nghệ Mưu mời đóng vai nữ chính trong bộ phim Đường về nhà của ông. Thành công của bộ phim giúp cô đoạt giải Gấu bạc tại Liên hoan phim Berlin năm 2000. Cô giành giải Ảnh hậu Bách Hoa lần thứ 23 nhờ vai diễn đầu tay. Đây cũng là một khởi đầu vững chắc cho sự nghiệp sau này của Chương Tử Di.

Tham gia đóng phim sử thi võ thuật và tạo bước đột phá tại quốc tế (2000-2006)

Danh tiếng của Chương Tử Di vang rộng trên đấu trường quốc tế nhờ vào bộ phim Ngọa hổ tàng long (2000) với vai diễn Ngọc Kiều Long. Nhờ bộ phim mà cô đã giành được nhiều giải lớn như Giải Hiệp hội phê bình phim Chicago cho Nữ diễn viên mới xuất sắc nhất, Giải Hiệp hội phê bình phim Toronto cho Nữ diễn viên phụ xuất sắc nhất, Giải Tinh thần độc lập cho Nữ diễn viên phụ xuất sắc nhất và đề cử giải BAFTA cho Nữ diễn viên phụ xuất sắc nhất. Mặc dù đã thực hiện nhiều cảnh đánh nhau trong Ngọa hổ tàng long nhưng Chương Tử Di thật sự không biết võ thuật, cô chỉ dựa vào những kỹ năng múa vốn có của mình để bắt chước kung fu.

Bộ phim Mỹ đầu tiên mà Chương Tử Di đóng là Giờ cao điểm 2 (2001), đóng cùng với Thành Long.

Sau đó, Chương Tử Di tiếp tục xuất hiện trong bộ phim Anh hùng của đạo diễn Trương Nghệ Mưu. Trong phim, cô vào vai Như Nguyệt, học trò của Tàn Kiếm (Lương Triều Vỹ đóng). Bộ phim đã thành công về mặt thương mại ở Mỹ, được đề cử giải Oscar và Quả Cầu Vàng cho Phim nước ngoài hay nhất.

Năm 2003, Chương Tử Di đóng vai chính trong Bướm tím, bộ phim được tham gia trình chiếu ở Liên hoan phim Cannes 2003.

Năm 2004, Chương Tử Di trở lại dòng phim võ thuật với bộ phim Thập diện mai phục, cũng được đạo diễn bởi Trương Nghệ Mưu, đóng cùng với Kim Thành Vũ và Lưu Đức Hoa. Để có thể diễn vai nữ chính Tiểu Muội bị mù trong phim, Chương Tử Di đã phải sống 2 tháng như mù thật sự. Bộ phim đã giúp cô được đề cử BAFTA cho Nữ diễn viên chính xuất sắc nhất.

Bộ phim 2046 của Vương Gia Vệ với sự tham gia của nhiều diễn viên nổi tiếng nhất Trung Quốc lúc bấy giờ, Chương Tử Di đã may mắn được đóng nữ chính bên cạnh Lương Triều Vỹ. Cô cũng giành được Giải Hiệp hội phê bình phim Hồng Kông cho Nữ diễn viên chính xuất sắc nhất và Giải điện ảnh Hồng Kông cho Nữ diễn viên chính xuất sắc nhất.

Cô cũng tham gia bộ phim của Nhật Bản là Công chúa Racoon vào năm 2005 của đạo diễn Seijun Suzuki và cũng được trình chiếu tại Liên hoan phim Cannes cùng năm đó.

Cũng trong năm 2005, Chương Tử Di đóng vai chính Sayuri trong bộ phim Mỹ Hồi ức của một geisha cùng với Củng Lợi và Dương Tử Quỳnh. Bộ phim đã gây tranh cãi lớn khi để cho diễn viên Trung Quốc vào vai geisha Nhật Bản. Bộ phim giúp cô được đề cử Giải Quả cầu vàng cho nữ diễn viên phim chính kịch xuất sắc nhất, đề cử Giải BAFTA cho Nữ diễn viên chính xuất sắc nhất và đề cử Giải SAG cho nữ diễn viên chính xuất sắc nhất.

Ngày 27/6/2005, Chương Tử Di nhận lời mời của Viện Hàn lâm Khoa học và Nghệ thuật Điện ảnh (AMPAS), được đứng trong hàng ngũ những người có thể biểu quyết trong việc trao các hạng mục giải Oscar. Tháng 5/2006, Chương Tử Di được chọn là một trong những thành viên ban giám khảo của Liên hoan phim Cannes năm đó.

2006-2013

Năm 2007, Chương Tử Di tham gia lồng tiếng cho nhân vật Karai trong bộ phim hoạt hình Mỹ TMNT.