2001年5月18日，与蔡卓妍组成女子演唱组合Twins正式出道。2003年6月24日，主演的电影《千机变》在香港上映，她在片中饰演吉普茜。10月30日，主演的电影《古宅心慌慌》在内地和香港同步上映，她在片中饰演丁铃。2004年8月12日，主演的电影《千机变Ⅱ花都大战》在内地和香港同步上映，她在片中饰演武功高强的蓝翎。2005年1月，凭借主演电影《公主复仇记》提名第10届香港电影金紫荆奖最佳女演员奖。

2007年5月，主演的电视剧《A计划》在山西电视台首播，她在剧中饰演温婉貌美、纯真善良的高曼妮。同月，主演的电视剧《雪山飞狐》在香港亚洲电视台首播，她在剧中饰演程灵素。7月，参与拍摄陈凯歌执导的电影《梅兰芳》，她在片中饰演少年版的梅兰芳妻子福芝芳。

2008年1月，钟欣潼陷入陈冠希的“艳照门”事件。随后，她暂停了所有演艺活动。受事件影响，陈凯歌删除了她出演电影《梅兰芳》的所有戏份。2009年3月10日，正式复出娱乐圈。2010年3月，推出个人首张音乐EP《人人弹起》，该EP收录了《心多》《什么是潮流》《生活在他方》在内的6首歌曲。4月16日，与蔡卓妍合体Twins组合，在香港红磡体育馆举行三场“人人弹起”演唱会。4月，主演的电影《前度》成为第34届香港国际电影节的闭幕电影，她在片中饰演周怡；该片于同年6月6日正式上映。7月6日，主演的青春爱情奇想电影《出水芙蓉》上映；该片于同年9月参展第3届东京台东下町喜剧电影节。11月，推出音乐EP《Move On...》，该EP收录了《浪花上的人》《放低过去》《你不会懂》在内的5首歌曲。

2011年3月，凭借电影《出水芙蓉》获得“中国华鼎电影盛典”满意调查华语喜剧电影最佳演员奖。5月，凭借音乐EP《人人弹起》和《Move On...》提名华语金曲奖年度最佳粤语女新人奖。12月，凭借电视剧《女娲传说之灵珠》获华鼎奖传奇类最佳女演员奖。2012年8月，参与演唱吴克群音乐专辑《寂寞来了怎么办》中的第三波主打歌曲《全部都给你》。11月，凭借电视剧《武则天秘史》入围第9届华鼎奖“古装题材最佳女演员”以及“全国观众最喜爱的明星”两项提名，最终获得该典礼的“古装题材最佳女演员奖”。2013年5月28日，发行首张音乐专辑《桐花》，该专辑收录了《惯性冬眠》《在一起》《风象》在内的10首歌曲。同年，主演电视剧《迫在眉睫》。2014年4月，参演刘镇伟执导的喜剧电影《蹴鞠》。6月18日，发行音乐EP《完整爱》，该EP收录了《星星的眼泪》《一辈子》《因为什么》在内的5首歌曲。

2015年3月，获得微博之星微博影响力十大颁奖礼微博影响力十大香港娱乐名人奖。4月，参演由程耳执导的电影《罗曼蒂克消亡史》。8月7日，主演的电影《情剑》上映。2016年4月23日，参加电影《京城81号2》的拍摄。6月27日，参与芒果娱乐娱乐节目《Hello！女神》发布会。2017年4月2日，和蔡卓妍合体Twins录制浙江卫视节目《熟悉的味道第二季》。2018年3月29日，主演的电视剧《动物系恋人啊》播出，她在剧中饰演“松鼠系”女友楚之河。2019年3月，在赵罗尼执导电影《失踪》中担任女主角。同年，与周秀娜合作主演电影《女子监狱》。10月11日，参加导演选角真人秀《演员请就位》。

2021年5月5日，钟欣潼参与的真人秀《怦然心动20岁》播出。