2001年黄小蕾出演第一部电视剧《爱情宝典之绿牡丹》和第一部电影《苦茶香》，从而进入演艺界。 2002年在李亚鹏、周迅版的《射雕英雄传》中黄小蕾饰演惟妙惟肖、以假乱真的“傻姑”；2003年在林志颖、胡军、刘亦菲版的《天龙八部》中饰演西夏国婢女；2004年在《铁齿铜牙纪晓岚3》中饰演常四以及在《风筝奇缘》饰演一往情深的“野蛮女友”吉祥。 2005年由刘亦菲、黄晓明等主演的古装武侠剧《神雕侠侣》上映，黄小蕾继续饰演傻姑一角 。2006年播出的古装章回体喜剧《武林外传》播出，该剧打败2005年冠军《京华烟云》成为2006年年度收视冠军剧集，黄小蕾饰演慕容嫣一角 ；2006年黄小蕾主持安徽卫视节目《超级大赢家》正式踏入主持界。 2007年黄小蕾出演高希希导演的年代抗日剧集《光辉岁月》饰演雪凌；黄小蕾主演的电影《天下第二》上映，黄小蕾饰演女主角艳玲，并凭借该片获得第十五届大学生电影节的最佳新人奖 。2009年黄小蕾主演的古装武侠戏电影《皇家刺青》上映，该片获得美国洛杉矶兴办的中美电影节上获得“金天使-最佳影片奖” 。2010年黄小蕾参演徐峥、王宝强主演的喜剧《人在囧途》 。2011年《钱多多嫁人记》在湖南卫视播出，黄小蕾饰演赵圆圆。2012年黄小蕾在电影版《我爱灰太狼》中饰演女一号红太狼，该片票房首日破千万，成为2012年暑期档单日票房最高纪录。 2013年由黄小蕾、黄渤、张涵予、刘烨等主演的电视剧《火线三兄弟》播出，黄小蕾饰演女主角宋雅娟；4月份黄小蕾参演赵薇执导的电影《致我们终将逝去的青春》，饰演林静室友的女友一角 。2015年，参加明历史体验真人秀节目《咱们穿越吧》 。2015年11月22日，主演的商战传奇剧《青岛往事》登陆央视八套黄金档播出，剧中饰演敢爱敢恨青岛姑娘小嫚 。2016年参加北京卫视大型综艺节目跨界喜剧王，黄小蕾作为该节目中唯一一名女喜剧经纪人。