2001年11月3日，18岁的唐嫣在第三届舒蕾世纪星选美比赛全国电视总决赛中荣获冠军，并获得“健康之星”单项奖。唐嫣念中戏的时候是公认的中戏校花。2004年，唐嫣被导演张艺谋选中，成为“奥运宝贝”之一，8月29日赴雅典参加雅典奥运会闭幕式“中国8分钟”，代表中国站在世界的舞台上。唐嫣与其他十三名中国女孩一样，经过多次筛选，从上千名的中戏、北影、民族大学学艺术的学生中被选出来，穿着由设计师 [[葉錦添| 叶锦添 ]] 改良的中国传统风格的服装，用二胡、琵琶等传统的乐器演奏了中国名曲《茉莉花》。

2007年，凭借电影处女作《离别也是爱》获得“北京大学生电影节”最佳电视电影女演员提名以及“上海电视节”最佳电视电影女主角提名。其后签约橙天娱乐，与 [[黃秋生| 黄秋生 ]] 、 [[曾志偉| 曾志伟 ]] 、 [[吳鎮宇| 吴镇宇 ]] 、 [[ 郭富城 ]] 、 [[鄭伊健| 郑伊健 ]] 、 [[ 谢霆锋 ]] 等影帝合作了《神枪手与智多星》、《棒子老虎鸡》、《风云2》等香港电影。此外，唐嫣在 [[任賢齊| 任贤齐 ]] 的《诛仙》系列歌曲MV中饰演的陆雪琪。

2009年，参演 [[周杰倫| 周杰伦 ]] 执导科幻电视剧《熊猫人》，唐嫣担任李俐亚这个角色是一名美女主厨。之后又主演电视剧《闪婚》，唐嫣饰演韩金贝。 唐嫣又主演了《闪婚》、《梦想光荣》等电视剧。

2010年，在都市剧《夏家三千金》饰演“夏天美”一角，唐嫣因此跻身当红小花旦行列。唐嫣为 [[ 阿根廷 ]] 国家队助威，并拍摄了一组写真，唐嫣在粉丝世界杯上位列四强，以三千六百三十四万五千八百七十七票荣获亚军。

2015年，出演时装爱情喜剧《克拉恋人》，饰演主人公“米朵”，演绎“丑女大变身”。唐嫣主演的都市情感电视剧《何以笙箫默》以及民国传奇电视剧《千金女贼》、《活色生香》寒假期间陆续登陆湖南、江苏、东方等卫视黄金档，收视率均位列同时段冠军和前茅，其中《何以笙箫默》以3.55亿和超过70亿的网络播放量分别创所有电视剧单日最高和现代剧总播放量最高记录，《千金女贼》以超过50亿的网络播放量创民国剧最高，成为名副其实的“收视女王”。代言3D手游《无双剑姬》于4月15日双端公测。 4月23日亮相第五届北京国际电影节闭幕式红毯并担任颁奖嘉宾。同时投入根据同名小说改编的中国首部科幻大片《三体》以及女性创业励志电影《商学院合伙人》的拍摄工作中。5月11日公布的2015福布斯中国名人榜中，唐嫣由2014年的第73名上升至第20名。7月24日《大话西游终结篇》在银川开机拍摄，由 [[ 韩庚 ]] 、唐嫣、 [[ 张超 ]] 、 [[ 吴京 ]] 等主演，该片预计于2016年上映。

2018年2月6日，出席电影《欧洲攻略》的发布会。3月5日，参加访谈节目《为时代喝彩》。5月10日，参演的电视剧《天意》播出。5月14日，主演的现实主义题材电视剧《归去来》在东方卫视和北京卫视黄金档播出。同年，主演电视剧《无名侦探》。6月27日，发布个人短视频项目《唐嫣很高兴认识你》。8月17日，主演的电影《欧洲攻略》上映。9月24日，参加央视中秋晚会。10月22日，凭借《归去来》入围第24届华鼎奖中国百强电视剧最佳女主角奖。12月1日，凭借《归去来》获2019 [[愛奇藝| 爱奇艺 ]] “尖叫之夜”年度戏剧女艺人奖。12月，《第一财经周刊》与秒针系统联合发布“2018最具商业价值明星榜”，唐嫣排名第29位。12月28日，获第五届“中国电视好演员”表彰盛典优秀演员奖。12月31日，参加东方卫视2019跨年演唱会。