2000年因主演电视剧《少年包青天》而被观众所知，并主演电视剧《机灵小不懂》，凭电影《过年回家》获得13届新加坡国际电影节最佳女主奖。
2004年李冰冰先后参演电影《独自等待》和《天下无贼》，凭借角色刘荣和艳贼小叶分别入围金鸡奖及百花奖女配角。
2005年主演电视剧《八大豪侠》。
2007年凭借电影《云水谣》获第12届中国电影华表奖最佳女主角；次年获得第29届大众电影百花奖最佳女主角。
同年，李冰冰成为国际大牌万宝龙品牌珠宝亚太区代言，因此成为华人女星中第一位代言国际奢侈品的女星。
2009年《风声》中的饰演李宁玉一角，荣膺第46届台湾电影金马奖最佳女主角。同年，她成立个人公益品牌L.O.V.E，发起并参与了诸多环保活动。
2010年起她成为联合国环境规划署的首位中国籍全球亲善大使；世界自然基金会（WWF）全球大使；国际气候组织“百万森林”亚太区大使等。
2012年担任上海国际电影节评委，年底签约美国经纪公司UTA。
2013年初担任国际奢侈品牌Gucci全球代言人，这是华语演员第一次真正意义上担任国际一线奢侈品牌的代言人；主演《生化危机5》；《变形金刚4》，担任第五十届金马奖决审评委。
2015年2月19日，李冰冰主演的《钟馗伏魔：雪妖魔灵》上映。同时李冰冰担任浙江卫视电视综艺真人秀《我看你有戏》的导师。年底，主演东方帝陵冒险电影《谜巢》，并担任创意制片人。
2016年5月，受邀出席第69届戛纳电影节，其开幕式红毯造型被外国媒体Eonline网站评选为“10大最美造型”；
8月，加盟好莱坞电影《巨齿鲨》，饰演女主角海洋生物学家张茵，搭档杰森·斯坦森；12月，登上《T Magazine》封面。