Sau khi xuất hiện trong The Real World, Jamie bắt đầu sự nghiệp diễn xuất với hàng loạt vai diễn nhỏ trong phim điện ảnh và phim truyền hình bao gồm vai Cordy Han trong 10 tập của Days of Our Lives, và vai Hooters Girl trong bộ phim hài năm 2007 I Now Pronounce You Chuck and Larry và vài tập của CSI: NY và Veronica Mars.

Một trong những vai diễn trong clip ca nhạc đầu tiên của Jamie là trong clip ca nhạc "Umbrella" của Rihanna, trong vai đứng kế Jay-Z. Clip ca nhạc được phát hành vào ngày 26 tháng 4 năm 2007. Năm 2008, Jamie có được vai diễn dài hơi đầu tiên trong loạt phim Samurai Girls của đài ABC Family.

Jamie cũng tham gia phim Sorority Row năm 2009 và Dragonball Evolution trong vai Chi-Chi - người yêu của Son Goku, cũng như vai chính trong phần phim Burning Palms. Jamie cũng tham gia bộ phim Princess Protection Program của kênh Disney cùng với Demi Lovato và Selena Gomez. Cô cũng tham gia bộ phim hài năm 2010 Grown Ups và bộ phim hành động năm 2012 The Man with the Iron Fists.

Tháng 3 năm 2011, Jamie đóng vai Amber trong bộ phim viễn tưởng hành động Sucker Punch do Zack Snyder đạo diễn. Để hoàn thành vai diễn này cô phải theo khóa huấn luyện của Navy SEALS và làm việc với các diễn viên đóng thế và võ thuật từng làm việc với Zack Snyder trong những bộ phim trước đó bao gồm 300 và Watchmen. Jamie phát biểu trong một bài phỏng vấn rằng cô lo lắng về việc phải hát trong bộ phim hơn, "Tôi không hay hát lắm. Tôi vẫn cố gắng tập luyện nhưng không có nghĩa tôi là người gốc Hàn thì tôi phải biết hát karaoke". Sau đó cô cũng lồng tiếng cho nhân vật Aimi Yoshida trong video game X-Men: Destiny được phát hành vào tháng 9.

Năm 2012, Jamie có được vai diễn quan trọng đầu tiên trong bộ phim Premium Rush do David Koepp đạo diễn. Cùng năm đó, cô cũng đóng vai chính trong bộ phim độc lập Eden, trong phim cô đóng vai một cô gái người Mỹ gốc Hàn bị bắt cóc và bị lừa vào nhà chứa thông qua đường dây buôn người ở Mỹ. Từ năm 2012, cô đóng vai Mộc Lan trong loạt phim Ngày xửa ngày xưa.

Năm 2014, Jamie tham gia phim Sin City: A Dame to Kill For, ra mắt vào tháng 8. Cô cũng lồng tiếng cho nhân vật GoGo Tomato trong bộ phim Big Hero 6 của Disney được ra mắt vào tháng 10 cùng năm, bộ phim thắng Giải Oscar cho hạng mục Phim hoạt hình xuất sắc nhất.

Jamie cùng hôn phu ở thời điểm đó là Bryan Greenberg cùng tham gia bộ phim Already Tomorrow in Hongkong trong vai một cặp tình nhân gặp nhau ở Hồng Kông, phim được ra mắt vào tháng 2 năm 2015.

Tháng 3 năm 2016, Jamie được chọn vào vai luật sư biện hộ Lana Harris trong bộ phim hình sự có độ dài 1 tiếng tên Miranda's Right, nhưng loạt phim bị dừng sản xuất sau khi tập đầu tiên ra mắt do đài NBC không thấy tiềm năng.

Jamie cũng đóng vai Blink trong bộ phim siêu anh hùng The Gifted trên kênh FOX được ra mắt vào tháng 10 năm 2017. Cô đóng vai thời trẻ của nhân vật do Phạm Băng Băng thủ vai trong bộ phim X-Men: Days of Future Past ra mắt năm 2014. Nói về vai diễn Blink, Jamie nhận xét "Blink không muốn trở thành anh hùng nhưng cô ấy lại sống trong một nơi mà những người đột biến bị coi thường và bắt nạt" và nói thêm là cô "chưa phô diễn hết khả năng của mình" giống như phần diễn xuất của Phạm Băng Băng. Sau đó là công chiếu loạt phim Big Hero 6 trên kênh Disney XD, trong phim Jamie tiếp tục lồng tiếng cho nhân vật GoGo Tomato.