2002年，还在北京舞蹈学院附中上学的卢思思出演了由田壮壮执导，胡靖钒、吴军、辛柏青等主演的爱情电影《小城之春》 ，她在片中饰演了清纯年少的小妹“戴秀”。 2005年，卢思思参加了首届中国国际广告模特大赛，并获得了青年组季军。 2006年，卢思思参演了由郭少雄执导，赵达、沙景昌、于月仙等主演的战争电视剧《黄河浪》。2007年4月，卢思思在中国国际道德经论坛开幕式上，携手邰正宵，共同演唱了歌曲《好人好梦》； 7月，卢思思在中央戏剧学院2004级本科2班推出的实习话剧《潘金莲》中，饰演了女主角“潘金莲”。 2008年，由刘佩琦和姚晨领衔主演的弘扬中国文化演变历程的电视剧《百年荣宝斋》首播，卢思思在剧中扮演了留学归来的富家女“潘文雅”. 2009年，卢思思搭档宋春丽、李成儒、于小慧等，主演了由田原鸿执导的家庭伦理剧《穷妈妈富妈妈》，出演坏女孩“汪琦”。 2010年3月30日，卢思思在由王晶执导，刘德华、徐熙媛、范冰冰等主演的科幻警匪片《未来警察》中出镜，饰演摩登女郎，与麻吉弟弟和黄立成上演“危险接触”； 5月1日，卢思思与奇道领衔主演了由杜云萍执导的都市情感剧《那个年代》，饰演了南下闯深圳的女大学生“雷雪冰”； 11月7日，卢思思参演了由张培根执导，张磊、吴孟达、刘钧等领衔主演的年代商战电视剧《新安家族》，其饰演了天性善良、对人诚恳的汪家大小姐“汪文雅”。 2012年，卢思思与梁爱琪、鲁诺等共同主演了由杨影执导的都市感情电视剧《小男人遇上大女人》，她在剧中饰演了“小男人”于童的女朋友“芦荟”。 2013年，卢思思参演了由高希希执导，于和伟、杨童舒、李依晓等主演的现代家庭伦理电视剧《天下人家》，演绎了思想独立，自己追求事业的个性女孩“白金玉”。