1992年，蒋勤勤在由重庆电视台拍摄的电视剧《媚态观音》中出演女主角，这是其出演的首部影视作品。1994年，蒋勤勤以全国艺术考试第一名的成绩考入北京电影学院。
1995年，与寇振海、张秋歌、徐少华共同主演了由杨洁执导的古装剧《西施》，蒋勤勤在剧中饰演善良聪慧、正直机敏的“西施”。
1996年，与王绘春、林乃桢、修宗迪等联袂出演了由沈好放执导的古装剧《东周列国·春秋篇》。1997年，与张国立、邓婕、赵亮等联合出演了古装剧《康熙微服私访记》，蒋勤勤在《八宝粥记》单元饰演清雅脱俗的美女“朱云巧”。
1998年3月25日，与焦恩俊、朱茵、庹宗华联袂主演的爱情剧《苍天有泪》播出，蒋勤勤在剧中饰演性格温婉柔弱的萧家大小姐“萧雨凤”，当时编剧琼瑶为其取艺名“水灵”；同年，蒋勤勤自北京电影学院毕业，并被分配到北京电影制片厂工作。
1999年，蒋勤勤与张智霖领衔主演了古装武侠剧《白发魔女》，她在剧中饰演天性良善却被冠以鬼魔之名的白发魔女“练霓裳”。2000年4月18日，与赵文卓、王艳合作出演的爱情剧《青河绝恋》开播，蒋勤勤一人分饰两角：柔情似水、忍辱负重的母亲“沈心慈”与活泼乖巧、善良可爱的女儿“赵绣云”。
2001年4月18日，与赵文卓、岛田阳子、杜志国等共同出演的古装战争电影《英雄郑成功》首映，蒋勤勤饰演郑成功的红颜知己“薛良”；同年，与邱心志、何润东、黄奕联袂主演的古装武侠剧《卧虎藏龙》播出，蒋勤勤饰演武功超群却很叛逆的“玉娇龙”。
2002年，与赵文卓、何润东、千叶真一等联合出演的漫改武侠剧《风云》开播，蒋勤勤一人分饰两角：聂风的第一位红颜知己“明月”以及外表冷如冰雕，对爱情忠贞不渝的“第二梦”；同年末，与林心如、谭耀文、常铖等合作出演的民国爱情剧《半生缘》播出，蒋勤勤颠覆形象，扮演性感的泼妇“顾曼璐”。
2003年2月1日，与李亚鹏、周迅、周杰等共同主演的古装武侠剧《射雕英雄传》播出，蒋勤勤在剧中饰演身世不幸却个性坚强的“穆念慈”；7月3日，由黄奕、古巨基、周杰等主演的古装爱情剧《还珠格格第三部：天上人间》播出，蒋勤勤在剧中客串出演江南名妓“夏盈盈”。
2004年3月，与黄少祺、高曙光、千叶真一等领衔主演的古装武侠剧《风云争霸》播出，蒋勤勤出演古灵精怪、擅长八卦术数的“北堂馨儿”；4月12日，与李亚鹏、黄奕、王亚楠等联袂出演的传奇爱情剧《末代皇妃》开播，蒋勤勤饰演个性温柔但又执着的女性“文绣”。
2005年6月10日，与郑昊、潘耀武等联合出演的剧情片《姐姐词典》上映，蒋勤勤饰演历经情感波折的“牛红梅”，凭借该角色获得了第10届中国电影表演艺术学会奖“金凤凰奖”；8月11日，搭档张静初主演的恐怖电影《七夜》上映。
2006年2月13日，与陈建斌、马伊琍领衔主演的商战剧《乔家大院》首播，蒋勤勤在剧中饰演敢爱敢恨、有心机却也善良的“陆玉函”，凭借该角色获得了第23届中国电视金鹰奖最具人气女演员奖和观众喜爱的电视剧女演员，以及第26届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖；11月12日，由瞿颖、胡兵、耿乐等共同主演的爱情剧《如果月亮有眼睛》播出，蒋勤勤在剧中饰演航空公司广告的创作人“范玫因”。
2008年，义务参演了公益短片《2008分之1》，蒋勤勤在顾长卫执导的短片中扮演“短信妈妈”，这是其产后复出的第一部作品。
2009年4月28日，与黄磊、陈昊、元秋等合作出演的家庭情感剧《四世同堂》开播，蒋勤勤在剧中饰演祁家长孙儿媳“韵梅”；7月17日，与黎诺懿、陈芷菁、张铮等联合出演的励志电影《所有梦想都开花》上映，蒋勤勤出演面对工作生活上的种种挫折绝不放弃的“林芳”，由此获得了第13届中国电影华表奖优秀女演员提名。
2011年6月15日，与黄海冰、张萌、陈建斌等联袂出演的革命题材剧《开天辟地》播出，蒋勤勤出演伟大女性“宋庆龄”；7月5日，搭档段奕宏主演的商战剧《大时代》播出，蒋勤勤饰演美女销售“梁红玉”。
2013年，与王学圻、张梓烈、李子雄等共同出演了由蒋钦民执导的抗战剧《姥爷的抗战》，蒋勤勤在剧中饰演参加过长征的八路军抗战医院副院长“谭丽萍”。
2014年5月23日，与孙维民、刘小锋、孙茜一同主演的谍战电影《一号目标》上映，蒋勤勤扮演干练精明、冷艳夺目的保密局特工“吕一然”；9月19日，与桂纶镁、孙红雷、方中信等领衔出演的爱情电影《触不可及》上映，蒋勤勤出演温婉大方、美丽知性的富家千金“卢秋漪”。
2015年，与陈建斌、金世佳联合主演了荒诞冒险喜剧片《一个勺子》，蒋勤勤在片中颠覆形象，出演本性纯良的村妇“金枝子”，并凭借该角色获得了第7届英国万像国际华语电影节最佳女主角奖、首届澳门国际电影节金羊奖最佳女主角奖、第11届“东京国际电影节·中国电影周”最佳女主角奖。
2016年12月29日，参加的读信类综艺节目《见字如面》首播。2017年2月17日，搭档姜武主演的奇幻爱情喜剧片《完美有多美》上映，蒋勤勤饰演A世界中的校花女神，B世界的超级女星“卓彦妮”；4月24日，与王阳、郝泽嘉、邓英联袂出演的都市情感剧《田姐辣妹》首播，蒋勤勤饰演性格强势的女汉子“田佳慧”。
2017年11月5日，与吴秀波、Angelababy合作主演的都市情感剧《欲望之城》在上海开机；11月21日，与黄轩、窦骁、周一围等共同主演的东方魔幻剧《九州·海上牧云记》，蒋勤勤饰演雍容大气却醉心于情权的皇后“南枯明仪”。
2019年，与周游合作主演悬疑剧《迷雾追踪》，在剧中饰演女刑警林雨虹。