1999年3月，蔡依林被吴大卫、左克蕙夫妇发掘，签约环球唱片。7月，推出个人第一首单曲EP《和世界做邻居》，并在发行两周后销量超过两万张。9月，蔡依林正式推出首张国语专辑《Jolin 1019》出道，收录了《我知道你很难过》、《你是谁》等12首在内的歌曲；专辑发行首周销量超过六万张，并接连获得亚洲唱片、玫瑰唱片等销售榜冠军；专辑《Jolin 1019》以40万张的总销量 ，荣获第七届新加坡金曲奖“最佳新人金奖”、第六届ChannelV“亚洲区年度最受欢迎新人”和台湾TVBS劲碟民选大赏“最受欢迎新人”等奖项。
2000年1月27日，蔡依林赴北京参加“全球华语榜中榜”颁奖礼，获最受欢迎女新人奖，这是她首次在中国内地获得该奖项，并在现场演唱歌曲《Because of You》。同年，推出第二张专辑《Don't Stop》，并且收录了《Don‘t stop》、《嗨》等在内的10首歌曲；截止2000年6月，该专辑在中国台湾售出50万张。
2001年6月，蔡依林为迪士尼经典动画长片《亚特兰提斯：失落的帝国》演唱中文版主题曲《情不自禁》。7月9日，蔡依林发行个人第四张录音室专辑《Lucky Number》，但其后却因与经纪公司发生合约纠纷而导致专辑宣传力度不足。8月15日，蔡依林以不满所属经纪公司提出“唱片每半年一张”过于商业的要求加上长期账目不清“为由，决定单方面终止合约；因为此事，蔡依林的演艺事业几乎暂停。10月，蔡依林的父亲扬言计划为其签约新唱片公司，遭到经纪公司大声工作室以“彼此合约在法律上并没有结束”为由干涉。
索尼音乐
2002年2月，蔡依林签约唱片公司新力音乐与经纪公司天熹娱乐。8月，蔡依林出版个人写真书《假面公主·骑士精神》并发行歌曲《骑士精神》，该歌曲为蔡依林首度填词创作作品。8月，台湾仲裁协会判定蔡依林向大声音乐制作公司赔偿一百万元后官司才停止。
2003年3月7日，蔡依林推出个人第五张专辑《看我72变》，收录了《布拉格广场》、《说爱你》等在内的11首歌曲；这张专辑带来的不只是蔡依林形象上的改变，而且歌曲风格也呈现多样化；凭借该专辑蔡依林在台湾G-music风云榜中获得最佳女艺人奖及最佳专辑奖。3月9日，蔡依林与罗志祥主演的电视剧《Hi上班女郎》在台湾中视上档首播，剧中饰演宜凌一角，这是她首度担纲主演的台湾电视剧。8月10日，专辑《看我72变》在亚洲地区的销量超过100万张。9月，与印度音乐人Rahman合作，为内地电影《天地英雄》配唱主题曲《海市蜃楼》。11月15日，因参加“亚洲巨星反盗版演唱会”而引起索尼公司总部的注意，因而决定把蔡依林打造成旅日歌手，以推向日本演艺圈，但以失败告终。
2004年2月27日，蔡依林正式发行个人第六张专辑《城堡》收录了《柠檬草的味道》、《倒带》等在内的11首歌曲；该专辑于台湾的销量达30万，使蔡依林二度登上台湾年度唱片销量女歌手冠军；3月30日，蔡依林凭借专辑《看我72变》入围第15届台湾金曲奖最佳流行音乐演唱专辑与最佳国语女演唱人奖。8月7日，蔡依林开启的“J1”世界巡回演唱会首站于上海虹口体育场举行；9月，荣获第11届新加坡金曲奖最受欢迎女歌手。11月，发行混音专辑《J9 新歌 Party精选》，为当时即将举办的巡演台北场热身。
2005年2月4日，蔡依林作为登上当年央视春晚唯一的台湾歌手，献唱了歌曲《爱情三十六计》；此后，该曲进入中国内地彩铃市场，直至2007年创下340万次的下载量。2月，蔡依林与索尼唱片的合约到期，但她在无约状态下，仍如期配合专辑的发行及9月
推出的演唱会DVD宣传工作，为了报答当年的恩情。3月，蔡依林发行个人首本英文教学书《Jolin的24堂英文日记课》，她希望通过该书改变大众对英文学习的枯燥印象。4月，第七张国语专辑《J-game》发行，收录了《天空》、《许愿池的希腊少女》等在内的11首歌曲；然而作为脱离周杰伦后的首支作品，《J-game》一开始就被外界拿有色镜检视，媒体普遍对“没有周杰伦的蔡依林”持不看好态度，因此呈现两极化的评价。5月，蔡依林成为继邓丽君之后，又一位当选台湾最佳军中情人的歌星。7月，蔡依林为迪士尼经典动画长片《小美人鱼》演唱中文版插曲《海洋之心》，庆祝香港迪士尼乐园开幕。9月，蔡依林发行首张巡演实录《J1 Live Concert》，记录蔡依林于“J1世界巡回演唱会”台北场的表演内容。10月，蔡依林与歌手罗志祥合唱歌曲《真命天子》，收录于罗志祥的专辑《催眠Show》。12月，蔡依林推出第二本英文教学书《Jolin的6场单字派对》，分享六种英文单字快速记忆法。同年，凭借录影带《海盗》入围第四届日本MTV录影带大奖“buzz ASIA最佳艺人”。
金牌大风
2006年1月23日，蔡依林荣获第28届香港十大中文金曲颁奖礼“全国最受欢迎女歌手”（铜奖），蔡依林成为首位打入该奖项前三（金、银、铜）席位的台湾歌手。2月，蔡依林正式加盟EMICapitol唱片。5月6日，蔡依林出席在泰国曼谷举行的MTV亚洲大奖（MTV Asia Award）并荣获“国际时尚艺人”（The Style Award），成为第一位亚洲歌手得主，并且蔡依林献唱了融合彩带体操的《舞娘》一曲。5月，蔡依林推出个人第八张专辑《舞娘》，同时旧东家索尼唱片发行一张名为《J-Top冠军精选》的精选集与《舞娘》形成对打局面，两张专辑在台湾玫瑰大众公信榜占据第一、二位两周时间，其中《舞娘》在40天内全亚洲销量突破200万张，为蔡依林带来的不仅仅是首度登上华语年度销售总冠军的位置，也让屡次与台湾金曲奖绝缘的蔡依林在第18届颁奖典礼上获得了“最佳国语女歌手”以及“最受欢迎女歌手”等多项奖项。9月17日，蔡依林首支粤语单曲《假装》发行，后收录于专辑《唯舞独尊 演唱会鲜听版&混音》中。12月，蔡依林开始“唯舞独尊世界巡回演唱会”，并在澳门、香港、吉隆坡、纽约和悉尼等多座城市举行，累积逾50万人观赏。
2007年2月17日，蔡依林再次登上央视春晚舞台，与陶喆对唱《今天你要嫁给我》，吸引中国大陆逾七亿观众欣赏，也让该曲创造720万次的彩铃下载量。6月，蔡依林发行具有纪录性的第二张巡演实录《地才》，记录蔡依林于“唯舞独尊世界巡回演唱会”台北场的部分表演内容与幕后花絮。9月21日，蔡依林推出以特务造型风为主题的专辑《特务J》，收录了《日不落》、《冷暴力》等在内的12首歌曲。9月5日，蔡依林推出的专辑同名音乐微电影《特务J》在台湾西门町今日数位影城完整首播；但这部音乐电影并未在传统影院公映，而是被放在专辑预售版本之一的“影音合体华丽特定盘”中作为DVD搭配歌曲的形式在市场上发行，且因部分敏感内容遭中国大陆、新加坡认定违规，加上台湾公司不肯妥协，最终导致此片被禁止在两地电视台播映。10月，蔡依林受邀参加澳洲女歌手凯莉·米洛于英国伦敦的纪录片《璀璨光芒》首映礼，二人表示将有音乐上的合作；11月，蔡依林与凯莉·米洛合唱歌曲《In My Arms》。
2008年，蔡依林一整年都未发表国语专辑，仅有的英文唱片《爱的练习语》也因EMI高层人事变动而从原定3月发行推迟至10月份。4月，蔡依林参与演唱2008年夏季奥林匹克运动会倒数一百天主题歌曲《北京欢迎你》。10月30日，蔡依林翻唱西洋情歌，推出首张英文专辑《爱的练习语》并同时发行英文书籍《Love Exercise 爱的练习语》，专辑收录了《Kiss me》、《angel》等在内的10首歌曲。同年，歌曲《Love Love Love》在中国北京奥运会赛场的播送下获得荷兰X-Tips单曲榜冠军，并打破历史指数纪录，成为首位夺冠的亚洲歌手，并被法国杂志《亚洲音乐》评选为十位亚洲最佳女歌手之一。
华纳音乐
2008年12月，蔡依林在北京水立方召开记者会宣布正式签约华纳唱片。
2009年2月，蔡依林与美国萨克斯第五大道百货公司合作成立服装品牌Seventy Two Changes，并陆续于全球超过三十座城市上市。3月，蔡依林推出个人第十张专辑《花蝴蝶》，收录了《花蝴蝶》、《妥协》等在内的10首歌曲，并且她在拍摄整张专辑MV的舞蹈上首度尝试芭蕾鞭转与带有强烈地板动作的街头爵士动作。5月1日，蔡依林赴香港屯门市广场举办签唱会，在演唱《大丈夫》时因过度劳累导致失声，身体状况开始亮红灯。5月13日，蔡依林因练舞导致旧伤复发、大腿肌肉拉伤，故决定短暂“封舞”两个月。9月19日，在台湾进行公开露面后，蔡依林前往加拿大修读法文课程，以作调整。12月20日，蔡依林回国抵达北京，出席中国移动举办的“咪咕颁奖典礼”，宣布正式复工。
2010年4月，蔡依林担任上海世博会台湾馆代言人，并献唱主题曲《台湾心跳声》。8月13日，蔡依林发行个人第十一张录音室专辑《Myself》，收录了《美人计》、《无言以对》等15首歌曲；该专辑区别以往走向，快歌在专辑整体中的比重占有八成。8月，TVBS电视台公布“台湾最具影响力人物与品牌”民调报告，蔡依林位列女艺人第一名；12月24至26日，第三轮巡演MYSELF世界巡回演唱会在台湾拉开序幕。同年，蔡依林与林志玲入选“日本十大宅男女神”。
2011年7月，蔡依林发行个人首本塑体瘦身书《养瘦》，首度公开个人瘦身秘招。12月31日，参加在广州举行的湖南卫视跨年晚会，此为蔡依林首度在大陆跨年。
2012年9月，蔡依林发行第12张国语专辑《MUSE》，收录了《大艺术家》、《Dr. Jolin》等在内的11首歌曲，由此让蔡依林开始受到一些如Snoop Lion等独立音乐者的认可，且该张专辑于2013年被台湾中华音乐人交流协会评选为推荐唱片；蔡依林也凭借该张专辑夺得台湾年度女歌手销售榜冠军。12月，蔡依林入围德国主办第19届MTV欧洲音乐录影带“最佳亚洲艺人“等奖项。
2013年1月，蔡依林代表台湾地区赴法国戛纳MIDEM国际唱片大展进行演出。5月22日，蔡依林凭借专辑《MUSE》成功获得第24届台湾金曲奖最佳国语女歌手、最佳国语专辑奖与最佳年度歌曲3项提名
。10月19日，蔡依林发行第三张巡演实录《Myself世界巡回演唱会 台北安可场》，记录蔡依林于“Myself世界巡回演唱会”台北安可场的表演内容。
2014年6月16日，蔡依林为电影《小时代3》献唱主题曲《万花瞳》。11月初，公开歌曲《Play我呸》的MV。11月14日，蔡依林发行个人第13张国语专辑《呸》，收录了《Play 我呸》、《第三人称》、《电话皇后》等10首歌曲；该专辑跳脱一般华语专辑框架，音乐饱满复杂且主题包罗万象。
2015年5月22日~5月24日，蔡依林一连三天登上台北小巨蛋，正式开启“Play世界巡回演唱会”。5月18日，蔡依林入围第26届台湾金曲奖最佳国语专辑奖、最佳年度歌曲等九项奖。6月27日晚，蔡依林以及她的制作团队获得第26届台湾金曲奖最佳演唱录音专辑奖、最佳单曲制作人奖和最佳国语专辑奖三项奖项。7月4日，作为“Play世界巡回演唱会”内地首站的广州演唱会在广州国际体育演艺中心起航。10月6日晚，蔡依林率九人编制的Live band压轴亮相在上海浦东世博公园举行的“简单生活节”演唱会。11月10日晚，蔡依林出席湖南卫视双十一晚会，并连唱带跳给观众展示三首歌曲。12月2日，蔡依林代表中国出席韩国年度盛事Mnet亚洲音乐大奖（MAMA），演唱了歌曲《PLAY我呸》，并且登上韩国Naver热搜榜。
2016年2月，蔡依林为迪士尼经典动画长片《疯狂动物城》中文版中哈茱蒂一角配音，为其个人首部动画配音作品。5月3日，“时尚奥斯卡”MetBall在纽约大都会博物馆华丽举行，蔡依林作为本场唯一的华人歌手受邀出席。
2017年2月2日，蔡依林参加辽宁春晚演出。2月22日，蔡依林受邀2017秋冬米兰时装周，这是蔡依林第一次出征米兰时装周，也是她继维密秀之后，再度亮相国际时尚盛事。6月20日，与荷兰DJHardwell共同推出电音单曲《We Are One》，这是蔡依林首次尝试电音曲风，也是Hardwell首次与华语歌手合作。
2018年12月，推出睽违乐坛四年的专辑《UGLY BEAUTY》，以亲自参与音乐人集体创作的方式，完成专辑的歌曲；12月24日，爱奇艺公布了新青年励志综艺《青春有你》导师团成员，蔡依林担任舞蹈导师。
2019年6月29日，专辑《UGLY BEAUTY》斩获第30届台湾金曲奖终极重量大奖“年度专辑”，同时凭借《玫瑰少年》获得“最佳年度歌曲”奖。这是她继《大艺术家》《今天你要嫁给我》后三度斩获此殊荣，也令蔡依林成为金曲奖历史上首位三度擒下“年度歌曲”大奖的音乐人。