2009年，导演韦正开拍都市青春喜剧《爱情公寓》，还在上大二的娄艺潇经由陈赫介绍到剧组试镜，最终确定饰演野蛮泼辣的御姐胡一菲，剧中为配合剧情娄艺潇还自编了一段舞蹈。9月，主演了侯量执导的剧情电影《滑向未来》，饰演为人善良的霄霄。

2011年1月，《爱情公寓Ⅱ》首播，再次主演女一号胡一菲。3月，在优酷主办的优酷影视指数盛典上，娄艺潇和陈赫获得开年最给力组合奖项。8月，与欧阳震华、佘诗曼搭档参演古装悬疑电视剧《带刀女捕快》，扮演庞妃。同月，娄艺潇还参加了东方卫视综艺节目《舞林大会》第四季。

2012年7月，与陈赫搭档再次主演《爱情公寓3》，并和各主演演唱爱情公寓同名主题曲。同年，娄艺潇还主演了演奏家薛汀哲拍摄的音乐微电影《独奏者的秘密》，饰演一位单纯痴情的女生。

2013年2月，娄艺潇主演了都市爱情电视剧《爱情自有天意》，在剧中饰演了与以往泼辣形象反差巨大的悲情角色唐糖；同时，娄艺潇还演唱了该剧的插曲《小小世界》，这是她个人首支单曲。8月，主演了蒋家骏执导的家族情感电视剧《爱情悠悠药草香》，饰演心地善良单纯却又命运多舛的五姨太黄采薇。同年，娄艺潇还主演了剧情电影《随风摇曳》。

2014年1月17日，主演的《爱情公寓4》播出，此剧播出后多次刷新中国国产电视剧网络播放纪录，首播期总播放达17.2亿次，娄艺潇个人也因此登上各大热搜榜的前列 。2月，娄艺潇参加辽宁卫视春晚演出，演唱《小小世界》；同月月底，与爱情公寓剧组一起参加湖南卫视综艺节目《快乐大本营》。9月，亮相纽约时装周春夏秀场。12月，娄艺潇还主演了赖水清执导的金庸剧《鹿鼎记》，在剧中扮演性格刁蛮任性的建宁公主。

2015年5月，与刘恺威、白冰共同主演都市情感励志剧《你是我的姐妹》，并在剧中扮演了正直善良、说话直接、很有主见的“二姐”安宁。9月，主演了中泰韩三国联合拍摄的时尚都市励志剧《爱情珠宝》，剧中娄艺潇一人分饰两角。12月，娄艺潇还与杨玏搭档主演了都市情感话题剧《别对爱撒谎》，饰演年轻妈妈郝乐意。

2016年2月7日，娄艺潇参加央视春节联欢晚会，与修睿、乔杉搭档表演小品《快递小乔》。随后，主演了文杰执导的近代传奇电视剧《忘情歌》。10月，以旁听生助教身份加盟湖南卫视原创校园纪实节目《一年级·毕业季》。因无私的指导、温暖的关怀，娄艺潇被学生称为“向日葵”老师；同月，受邀出席金鹰节开幕式，并向观众讲诉了电视人的“荧幕造梦”事业。

2017年1月，娄艺潇与朱军搭档共同主持了中央电视台综艺频道的《2017东西南北贺新春》。同月，参加湖南卫视华人春晚跨界献唱昆曲《梨园春色》。3月，娄艺潇参加浙江卫视综艺节目《王牌对王牌第二季》，与陈赫、马苏、林更新、孙艺洲组成青年演员队。5月，作为补位歌手加盟北京卫视综艺节目《跨界歌王》。7月6日，娄艺潇与华纳唱片签下音乐合约，正式开启歌手之旅，同日发行首支个人单曲《野生情人》，同月13日，歌曲MV发布。8月4日，加盟《天天向上》全新情景剧版块“周五不下班”。8月12日，参加韩红爱心百人援宁，主持启动仪式并参加到义诊现场。8月17日，代言手游《弹弹岛2》新版本上线。10月21日，受邀出席2017杨宗纬“声声声声”VOCAL巡回演唱会杭州场，同杨宗纬合唱《凉凉》并献唱个人单曲《野生情人》。11月22日，为电影《假如王子睡着了》献唱的插曲《Step By Step》上线。12月15日，每周五晚开始更新元宵福利潇潇札记。12月17日，于中国人民大学参加录制新华社主办的“新青年”演讲活动。

2018年1月13日，娄艺潇献唱央视《巅峰音乐会》完成个人音乐会专场首秀。3月，携闺蜜邱瀞瑶前往大溪地录制的户外旅行真人秀《闺蜜的完美旅行》上线。同月28日，正式加入韦伯音乐剧《周日恋曲》，担任女主角。31日，参加中央电视台综合频道大型文化节目《经典咏流传》，与藏族歌手四郎贡布携手，共同演唱《在那东山顶上》。4月4日，作为生日场特别嘉宾出席杨宗纬“声声声声”VOCAL巡唱PLUS-北京站演唱会。6月8日，担任女主角的单人音乐剧《周日恋曲》在上海美琪大戏院首演。同日，同《爱情公寓》主创做客《奔跑吧第二季》，与邓超、陈赫组成“紫薯队”。6月17日，同电影《爱情公寓》剧组出席2018微博电影之夜。6月27日，主演的《周日恋曲》广州站在广州大剧院开演。7月8日，出席KPL春季赛总决赛，带领爱情公寓队取得了明星表演赛的胜利。7月11日，独挑大梁的《周日恋曲》北京站在北京天桥艺术中心开演。12日，专辑首波主打《非类》正式上线。25日，演唱的电影《爱情公寓》主题曲《最好的朋友在身边》MV上线。26日，推出个人专辑中的第二波主打单曲《好想他》。8月2日，正式推出个人首张同名专辑 《LOURA》。8月10日，主演的爱情喜剧电影《爱情公寓》全国公映。9月26日，个人微综艺《娄艺潇遇见音乐剧》正式起航播出。随后，与朱梓骁领衔主演了励志电视剧《我爱北京天安门》，饰演仗义豪爽的北京姑娘李飒飒。

2019年11月8日，全新单曲《管他呢》上线。

2020年1月12日，主演都市喜剧《爱情公寓5》在爱奇艺播出，娄艺潇在剧中依旧饰演胡一菲，并演唱主题曲《离别时刻》。