2001年11月，加入AV界的苍井空正式开始了她的演艺生涯。

2002年，苍井空通过试镜成为了写真女星，同年7月以“苍井空”的艺名为AV《Happy Go Lucky!》试镜，进入Alice Japan公司开始其AV生涯，同年为OVA动画《BLIND NIGHT-ブラインドナイト-》配音并演唱主题歌，这也是她唯一一次作为动画声优出演，原本配音的角色为苍空（苍そら），正式发售后改为女学生B。

2003年起，苍井空开始参加一般电视戏剧及综艺节目中演出；同年7月，挟夹着其在AV界的高人气，苍井空转而往电视及电台发展，首次在朝日电视台拍摄的电视剧《特命系长・只野仁》中客串演出；2003年至2004年蝉连日本《VideoBoy》杂志年度AV女优第一名。

2004年11月移籍到S1，之后一直是S1的人气女优，她在S1保持着大约每个月出一部影片的速度直到2005年7月。

2005年10月，参演了电视剧《娘王》；同年成为2005年日本互联网搜寻排名的女性搜寻对象的第2名；2005年末，在MOODYZ年末大感谢祭开拍时，赢得了S1的“最优秀女优奖”。

2006年4月参演日本东京电视台制作播出的剧情电视剧《下北阳光灿烂的日子》饰演一文字望一角；5月29日参演剧情歌舞电影《被嫌弃的松子的一生》；7月参演电视剧《快感职人》。

2007年11月，苍井空再度出演电视剧，在《神探伽利略》客串演出。

2008年3月1日，参演日本Artport制作发行的剧情电影《泪壶》。

2009年，苍井空除了以艺人及演员的身份亮相外，仍然保留其在AV的活动，不过外间一直都有她要退出AV界的传言；10月参演电视剧《娘王2》（又名娘王Virgin）。

2010年6月17日，苍井空抵达上海并出席久游勇士发布会，与中国网路红人凤姐一同为线上游戏站台。10月参演电视剧《娘王3》；12月2日主演悬疑惊悚电影《复仇者之死》。

2011年6月4日，参演小说改编剧情电影《轻蔑》；9月1日，苍井空加盟由奇艺网自制的首部网络剧《在线爱》在北京举办开播仪式，苍井空在此剧中扮相清新靓丽；11月3日，阳光红岩集团旗下七星环球娱乐集团与K-1搏击联盟品牌创始人石井和义在京签约宣布建立合营公司，苍井空受邀与杨澜、宋祖英同台亮相；11月5日，苍井空亮相梅兰芳大剧院，拜访了京剧泰斗梅葆玖及其弟子胡文阁。苍井空拜访梅兰芳之子梅葆玖和徒弟胡文阁

2012年1月15日，某网络公司年会在北京国家会议中心隆重举行，代言人韩寒、王珞丹、黄晓明、李宇春出席，苍井空受邀出现于年会现场；3月28日，苍井空在北京参加由自己担任主角的微电影《第二梦》新闻发布会。饰演旧上海名媛，并献唱同名主题曲；同年，在因钓鱼岛争端而引发的中国反日示威活动期间，苍井空在微博上呼吁“中日人民友好”引发热议。

2013年4月2日，第九城市宣布，与艺人苍井空达成合作协议，苍井空将担任网页游戏《热血无双》品牌代言人；10月10日参演日本富士电视台播放的浪漫电视剧《独身贵族》。

2014年6月，由苍井空领衔的中日韩三人组合果宝酱主演电影《明天开始减肥》

2015年3月22日，苍井空为某冰激凌广告拍摄宣传片；4月参演剧情电影《阿酱あっちゃん》；10月29日参演喜剧电影《同班同学》，苍井空在片中客串了一位在饭店中卖酒的“啤酒妹”。

2017年5月9日，参演夺宝枪战电影《抢红》饰演王妃；8月17日苍井空配音短片动画《变形少女》；10月参演东京电视台制作播出的悬疑剧《新宿SEVEN》。

2018年1月30日，参演电影《Bond of Justice: Kizuna》；4月苍井空首次主演日剧《逃亡花》，在四月开播的BS JAPAN深夜剧，苍井空在剧中饰演女主咲子。