2008年被张艺谋选中参加了北京奥运会开闭幕式表演，在开幕式表演《自然》中扮演画画孩子们的老师；在闭幕式表演《回忆》中扮演送运动员上飞机的志愿者。

2009年，参与拍摄第一部电影，在张艺谋执导的贺岁电影《三枪拍案惊奇》中饰演女囚。

2011年，与王志文、江珊共同参演家庭情感电视剧《人到四十》中饰演男主角的红颜知己华硕。同年，与宋丹丹、许亚军共同参演都市生活喜剧《李春天的春天》中饰演姚静。

2012年，与小宋佳与陈思成共同参演的都市麻辣情感剧《小儿难养》中饰演赵晓柔一角，“范二”女青年的形象被观众所熟知。同年，与释小龙 、邬靖靖共同参演电视剧《武林猛虎》中饰演李印月。同年，在《小菊的春天》、《小菊的秋天》两部电视剧中均饰演单纯、无知、疯狂方羽心。同年以两部电影《爱有多久之春暖花开》和《绝录求生》而进军影坛，在剧中分别饰演橙橙和龙梅。

2013年，在现代军旅题材电视剧《天生要完美》中饰演宋春非，清爽阳光的形象给观众留下深刻印象。同年，在电视剧《喜事成双》中饰演阮甜。同年，在电视剧《我心灿烂》中饰演赵家慧。同年，与罗晋、王媛可共同参演《爱的相对论》中饰演吴希。同年，在电视剧《皮影人》中饰演梦青梅。同年，与王啸坤、杜海涛、潘粤明联袂主演电影《怒放》中饰演刘云。

2014年，在电视剧《青春万万岁》中饰演鲁小冰。同年，在电视剧《一场奋不顾身的爱情》中饰演丁人人。10月31日，出演刘天池执导的话剧《鬼吹灯之精绝古城》，在剧中饰演“燕子”，这也是王思思毕业之后第一次回归到话剧舞台。

2015年，与黄轩搭档，在徐昂导演的年代探案剧《猎人》中饰演女主角许留馨。同年，在严歌苓编剧、曹盾导演的抗战年代电视剧《毕业歌》中饰演洪望梅。

2016年，参演东方魔幻史诗巨制《九州·海上牧云记》。主演浪漫轻喜剧《爱我@别走》。

2019年10月15日，由左城右隅出品的都市轻喜剧《好好说话》官方正式官宣了十二位人物海报，王思思联袂出演。