2004年仍在校就读的白百何参演了个人的处女作《与青春有关的日子》，并在剧组中遇到了自己的丈夫陈羽凡。白百何在该部电视剧中饰演角色“乔乔”，这是白百何出道后的第一部电视剧，也成就了她的婚姻。
2007年出演拍摄了都市情感偶像剧《幸福在哪里》，饰演角色甘露。同年冬，年仅22岁的她与陈羽凡步入婚姻殿堂。
2009年正值白百何产后体形恢复期，白百何在赵宝刚的邀约下出演青春励志剧《我的青春谁做主》，剧中白百何扮演“雷蕾”一角，再次回到荧屏并在剧中演唱歌曲《我不是随便的花朵》。
2009年末，她与同门师兄朱雨辰合作的反映社会现实的家庭电视剧《说谎的爱人》于2009年11月20日在吉林长春杀青，2012年登入江西卫视独家首播，剧中她蜕变成为一个心灵有创伤、有些隐忍的女孩，出演角色董楠。（备注：该剧是她产后复出后的第一部女主角，对董楠的复杂内心、丰富情感都拿捏得恰如其分）。
2010年出演都市家庭电视剧《家的N次方》扮演角色赵雯。
2011年主演由赵天宇执导的都市爱情电影《万有引力》，饰演角色女安检石晓琳。影片中文章与清纯美丽的白百何在繁忙拥挤的T3机场展开了一段唯美的浪漫邂逅。
2011年与文章搭档合作主演中国内地首部为光棍节定制的“治愈系”爱情电影《失恋33天》，电影中白百何演绎角色黄小仙。该影片上映4天票房成功突破亿元大关，首周票房更是达到1.89亿，夺得当周票房冠军。截止影片影院下线，总票房突破3.5亿元人民币。白百何凭借在片中“黄小仙”清新脱俗的独特气质和真实自然的表演功力获得了观众的好评，并成为年度“最具票房影响力”新人女演员。
2012年再次和滕华涛导演合作，并出演由SMG尚世影业和北京华美时空文化传播有限公司投资出品的都市职场情感电视剧《浮沉》（备注：改编自崔曼莉的原著小说《浮沉》），剧中白百何饰演角色“乔莉”。同年相继参演了《整容日记》《分手合约》等电影并担纲女主角，同时也意味着白百何开始从电视剧转向电影领域。2012年主演由一线导演刘家成执导的当代都市情感剧《离婚前规则》，白百何出演角色蒋新瑶。
2013年在电影《分手合约》中出演角色何俏俏。在电影《被偷走的那五年》出演角色何蔓。在电影《私人定制》演绎角色小白。 2013年一年之中登上19个知名时尚杂志的封面，白百何成为年度杂志封面人物 。
2014年白百何领衔主演中国首部整容题材喜剧电影《整容日记》，白百何饰演因外貌实属抱歉导致爱情事业双双失意的名牌大学毕业生郭晶，为进行自我救赎踏上了整容之路 。3月参演电视剧《长大》 。5月23日，巴黎奢侈配饰品牌罗杰维维亚举办青岛首家精品店的开幕酒会，青岛本土知名女星白百何出席，身著红色深V短裙，优雅气质备受称赞。5月29日， 白百何亮相，由法国Kering集团的旗下珠宝品牌Qeelin于南京德基广场华美呈现其高级珠宝中国首展。7月3日，由安乐影业出品白百何领衔主演的3D奇幻巨制《捉妖记》正式宣布2015年春节贺岁档上映，白百何在影片中摆脱了以往作品中清新的“小妞”形象，首次挑战古装打戏，出演身手不凡的捉妖师。