1990年秦海璐考入营口市戏曲学校，学习京剧专业，主攻刀马花旦。1995年，辽宁省组织少年友好交流访问团到日本演出，17岁的海璐带着她的京剧《天女散花》访问日本26个城市，连演40余场，并且使用了14米的长绸。
1996年秦海璐考入中央戏剧学院表演系，学习舞台剧。
2000年秦海璐考入中央实验话剧院。她凭借陈果执导的电影《榴莲飘飘》获得第57届威尼斯国际电影节最佳女主角提名，并最终获得台湾电影金马奖最佳新人及最佳女主角、中国香港电影评论学会奖、香港电影金紫荆奖最佳女主角以及香港电影金像奖最佳新人奖。
2002年又因电影《像鸡毛一样飞》获得瑞士洛伽诺电影节特别嘉许奖。
2004年她主演的电影《冬至》又入围东京国际电影节和韩国釜山电影节。
2005年，秦海璐把工作范畴拓展到音乐，签约SONY BMG唱片公司。发行了第一张个人音乐专集《幸福回味》。
2007年她又以电影《父子》入选香港电影评论学会最佳女演员。同年，秦海璐签约华纳唱片公司，发行了第二张个人专辑《单行线》及同名短片。时隔多年再次登上话剧舞台的秦海璐主演的话剧《红玫瑰与白玫瑰》也于该年创下国内话剧票房纪录，她也因此荣获由文化部颁发的国家院团展演优秀表演奖。
2010年在秦海璐策划电影《爱情36计》并客串演出，她在片中的表演串联起整个故事。同年，秦海璐在话剧《四世同堂》中扮演经典角色“大赤包”，该剧开了内地排练台湾首演的先例。
2011年和刘德华、叶德娴合作演出《桃姐》，该片入围威尼斯电影节并代表香港参选奥斯卡最佳外语片。同年由她出品并主演的电影《钢的琴》在业内受到好评，秦海璐也凭借电影中的表演入围多个电影节并获得纽约中国电影节杰出艺人奖和上海电影节传媒大奖。《桃姐》、《钢的琴》同另一部由她参与编剧并主演的电影《到阜阳600里》共同入围当年的台湾电影金马奖，她也凭借《到阜阳600里》获得第48届台湾电影金马奖最佳原著剧本奖。
2013年和陆毅合作演出《假如生活欺骗了你》，以上世纪80年代为背景，通过展现三段不同模式的中国式婚姻，揭示当代“围城”背后的苦与乐，。同年，由她主演的电影《青春派》入围上海电影节。这一年，秦海璐还参演了多部导演作品，吴宇森的《太平轮》，王小帅的《闯入者》，张婉婷、罗启瑞的《三城记》。”
2013年4月，秦海璐和导演田沁鑫再度联手，将李碧华小说《青蛇》搬上话剧舞台，该剧为香港艺术节委约作品。这也是二人继《红玫瑰与白玫瑰》、《四世同堂》之后的再度合作。秦海璐因其在话剧《四世同堂》中的演出获得本年度金狮奖演员奖。
2014年，《青蛇》作为中国代表剧目参加“2014国际戏剧节”，在华盛顿肯尼迪艺术节上演4场。年底，秦海璐主演的由郑晓龙导演的莫言经典作品改编《红高粱》播出，戏中秦海璐与周迅的“宅斗”戏引起了广泛讨论。
2015年，秦海璐凭借《红高粱》，获得第21届上海电视节白玉兰最佳女配角奖。同年主演的温情励志时尚大戏《妈妈向前冲》将于7月5日登陆山东卫视播出，与郭晓东、胡兵合作。在这部剧中饰演事业有成、家庭美满的女强人“汪晴”一角。12月主演美食情感剧《女人花似梦》。
2016年，主演温情励志时尚大戏《妈妈向前冲冲冲》。出演翻拍自韩国惊悚电影《捉迷藏》。5月13日，主演的喜剧爱情电影《购物女王》上映；同年，参加北京卫视明星真人秀《跨界歌王》的比赛，获得最佳表现奖。
2017年6月21日，秦海璐受邀出席第20届上海国际电影节电影项目创投颁奖礼，以导演身份亮相上影节多项活动的她，在颁奖礼现场荣获了“最受关注项目”奖。同年，秦海璐受邀担任第54届台湾电影金马奖评审。
2018年2月15日，在中央电视台春节联欢晚会上，秦海璐与孙涛、王宏坤表演小品《提意见》；5月，出任第21届上海国际电影节金爵奖评委会主竞赛单元评委；9月28日，主演的情感剧《你迟到的许多年》在湖南卫视黄金档播出，在剧中她饰演在人生道路上几经起落的赵益勤一角。
2019年1月24日，与王雷、张铎搭档主演了家庭都市剧《亲爱的，你在哪里》，在剧中饰演了女主角何雪琳。