Rodriguez xuất hiện lần đầu trên màn ảnh trong một tập của Law & Order năm 2004. Sau đó, cô đã xuất hiện trong Eleventh Hour, Army Wives và The Mentalist. Vào ngày 19 tháng 10 năm 2011, Rodriguez đảm nhận vai diễn định kỳ, Beverly, trong loạt phim truyền hình dài tập The Bold and the Beautiful.[16] Cô đã nhận được một vai trong bộ phim ca nhạc Go for It!, bộ phim mà cô đã nhận được đề cử Giải thưởng Imagen 2011.[13]

Năm 2012, Rodriguez đóng vai nghệ sĩ hip-hop trẻ Majo Tenorio trong bộ phim ca nhạc-chính kịch độc lập Filly Brown, bộ phim mà cô đã giành được Giải thưởng Imagen.[4] Cô đã nhận được đánh giá tốt cho vai diễn trong phim.[17] Cô cũng là người nhận giải Nữ diễn viên chính xuất sắc nhất tại Liên hoan phim First Run ở New York.[13][18] Vào ngày 9 tháng 6 năm 2013, Gina đã giành được Giải thưởng Inaugural Lupe.[19] Vào ngày 16 tháng 4 năm 2013, trong một cuộc phỏng vấn, cô tiết lộ rằng cô đã được mời đóng một vai trong bộ phim truyền hình của Lifetime, Devious Maids nhưng đã từ chối.[20][21] Ngày 16 tháng 10 năm 2013, cô tham gia dàn diễn viên của bộ phim Sleeping With The Fishes.[22] Cô cũng đang thực hiện một album.[4][ở đâu?]

Vào ngày 27 tháng 2 năm 2014, Entertainment Weekly thông báo rằng Rodriguez sẽ đóng vai chính Jane Villanueva trong Jane the Virgin, bộ phim mà cô đã giành được Giải Quả cầu vàng.[23][24] Vào ngày 4 tháng 6 năm 2014, Rodriguez tham gia dàn diễn viên của bộ phim chính kịch sắp quay Sticky Notes.[25][26][27] Vào tháng 8 năm 2015, cô đồng nhận Giải thưởng Bình chọn dành cho Thanh thiếu niên 2015 với Ludacris và Josh Peck.[28] Cô lồng tiếng cho Mary trong bộ phim hoạt hình The Star, được phát hành vào tháng 11 năm 2017,[29] cũng như Una trong phim Ferdinand phiêu lưu ký của Blue Sky Studios một tháng sau đó và đóng vai Anya trong bộ phim kinh dị khoa học viễn tưởng Vùng hủy diệt, đóng cùng với Natalie Portman.[30] Cô cũng lồng tiếng cho Carmen Sandiego trong loạt phim hoạt hình Netflix Carmen Sandiego được công chiếu vào ngày 18 tháng 1 năm 2019. Vào tháng 3 năm 2018, Netflix thông báo rằng họ đã mua bản quyền phim người thật đóng cho Carmen Sandiego và Rodriguez sẽ đóng vai Sandiego trong phim.[31]

Rodriguez sở hữu công ty sản xuất I Can & I Will Productions.[32] Cô đã làm việc trong các dự án tại CBS và CW tập trung vào cộng đồng người Latinh.[33] Cô từng là nhà sản xuất và đóng vai chính trong bộ phim hài lãng mạn của Netflix năm 2019 Someone Great, trong đó nhân vật của cô ấy hát bài Truth Hurts của Lizzo, và nhảy trong bộ đồ lót, cuối cùng đã làm cho bài hát trở nên nổi tiếng hơn và đạt vị trí số một trên Billboard Hot 100.[34][35]

Năm 2019, Rodriguez đóng vai chính trong bộ phim hành động kinh dị Miss Bala.[36] Cùng năm đó, có thông báo rằng Rodriguez đã được chọn tham gia bộ phim kinh dị khoa học viễn tưởng sắp tới của Netflix Awake.[37] Cô cũng lồng tiếng cho vai Velma Dinkley trong bộ phim phiêu lưu hoạt hình máy tính Cuộc phiêu lưu của Scooby-Doo!.[38]

Rodriguez từng điều hành sản xuất cho chương trình Disney+ Diary of a Future President, nơi cô cũng đóng vai nhân vật chính khi trưởng thành.[39] Cô đã được đề cử cho Giải Emmy dành cho Trẻ em và Gia đình cho Màn trình diễn khách mời xuất sắc trong mùa thứ hai của chương trình.[40]