2001年，孙艺珍在韩国导演林权泽的影片《醉画仙》里饰 演了一个仙鹤般的女子，这部电影后来获得2002年柏林电影节最佳导演奖。2002年，孙艺珍主演了两部电影——《恋爱小说》和《假如爱有天意》 。在《恋爱小说》里，孙艺珍和车太铉、李恩珠演绎了一段青涩的三角恋，凭借该片荣获最佳女新人奖。参演《夏日香气》，这两部作品使得孙艺珍为观众所熟知，而《爱有天意》也成了孙艺珍演艺生涯的代表作。2003年底，孙艺珍接下了电影《我脑海中的橡皮擦》。影片还未在韩国上映，就被韩国五大电影网站评为本年度最受期待的影片。在釜山电影节上，更以创纪录的270亿韩元将海外版权卖给了日本。2004年，和郑宇成搭档演出了《我脑海中的橡皮擦》，获得韩国年度电影票房第五，并在日本获得30亿日元的高票房。截止2015年，该片仍是在日上映的韩国电影 票房最高纪录保持者，第二则是由她主演的《外出》，27亿日元。在第五十一届亚太电影节，击败周迅等演员，获得亚太电影节最佳女主角奖。随后她又出演了《搭讪的法则》。并于2006年第十五届中国金鸡百花电影节荣获最受中国观众喜爱的女演员奖。2004年担任世界名牌Chanel东京开幕式韩国“Miss Chanel”。2005年出演了风格迥异的《外出》和《搭讪的法则》。2006年，出演电视剧《恋爱时代》，荣获第43届百想艺术大赏最佳女主角奖 。2007年孙艺珍的电影作品是动画《千年狐》（配音） 。2008年演出了电影《妻子结婚了》 ，荣获青龙和百想的最佳女主角奖。和高修合作的电影是改编自日本推理小说家东野圭吾的《白夜行》，该片于2009年11月19日在韩国上映 。 出演《我的老婆要嫁人》又名（妻子结婚了），荣获第二十九届青龙电影节影后和第四十五届百想艺术大赏最佳女主角。2010年出演电视剧《个人取向》。由于剧本更改的原因，拒绝了姜帝圭导演的新作《登陆之日》，接拍新电影《我的见鬼女友》 2010年12月，《我的见鬼女友》上映。2011年3月，孙艺珍出演灾难片《摩天楼》，孙艺珍饰演餐厅经理“徐允姬”一角 。该片票房突破500万观影人次。 2013年4月，出演KBS周一周二剧《鲨鱼》，回归阔别三年电视银幕。同年10月24，由其主演的电影《共犯》上映， 并凭借此片入围第35届韩国青龙电影奖最佳女主角奖。 2014年参演古装动作喜剧电影《海盗》，片中孙艺珍饰演海盗首领“如月” 。该片票房达860万观影人次，她亦凭此获得韩国电影大钟奖最佳女主角奖。 因此成为获得韩国三大电影奖青龙奖、大钟奖和百想艺术大赏最佳女主角奖的演员。同年9月出演惊悚片《充满幸福的家》。 2015年11月27日，参演的动作喜剧电影《坏蛋必须死》上映。 2016年，主演惊悚悬疑片《没有秘密》，6月23日上映 。