1989年，出演电影处女作《小鬼跷家》，在片中饰演一个没有台词的游戏厅混小子   。1992年，出演电视剧处女作《伟大的转变》，仅在该剧第六集出现；同年，参演了以美国20世纪50年代为背景的剧情电影《男孩的生活》，在其中饰演少年查克·波尔杰，并与该片主演莱昂纳多·迪卡普里奥结识，此后成为好友   。

1997年9月，主演了由李安执导的剧情电影《冰风暴》，在片中饰演正值青春期的问题少年保罗   ；同年12月12日，由其主演的喜剧电影《解构爱情狂》上映，在片中饰演男主人公哈利创造的虚拟角色哈维·斯特恩   。

1998年5月22日，与约翰尼·德普联袂主演的犯罪喜剧电影《赌城风情画》上映，在片中饰演一个邋遢的旅行者；同年9月，主演了由加里·罗斯执导的剧情电影《欢乐谷》，在片中饰演被吸入20世纪50年代电视节目里的年轻人大卫   ，凭借该片获得第25届土星奖最佳年轻演员   。

1999年12月17日，与查理兹·塞隆共同主演的剧情电影《总有骄阳》上映，在片中饰演从孤儿院长大的青年荷马   。

2002年8月7日，与克尔斯滕·邓斯特搭档主演的超级英雄电影《蜘蛛侠》上映，在片中饰演怯弱又勇敢、憨厚又可爱的蜘蛛侠彼得·帕克   ，他凭借该片获得第4届青少年选择奖最佳动作冒险男演员   ；同年12月17日，由其参与制片的剧情电影《第25小时》上映，该片由导演斯派克·李执导   。

2003年，主演了由加里·罗斯执导的励志电影《奔腾年代》，他在片中饰演20世纪30年代的美国赛马冠军霍华德   。2004年6月30日，由其主演的超级英雄电影《蜘蛛侠2》在全球同步上映，在片中饰演游走于都市冒险与大学生活的蜘蛛侠彼得·帕克   ，他凭借该片获得第31届土星奖最佳男主角   。

2006年12月22日，与乔治·克鲁尼联袂主演的悬疑电影《德国好人》上映，他在片中饰演性格温厚的美国士兵科伯罗·塔利   。2007年，由其主演的超级英雄电影《蜘蛛侠3》上映，在片中饰演陷入爱情与友情纠缠的蜘蛛侠彼得·帕克   ，凭借该片入围第9届青少年选择奖最佳动作冒险电影男演员，并与克尔斯滕·邓斯特共同入围第34届人民选择奖最受欢迎银幕组合   。

2009年11月22日，与娜塔莉·波特曼共同主演的惊悚电影《兄弟》在美国首映，他在片中饰演海军陆战队军官山姆   ，凭借该片入围第67届金球奖剧情类最佳男主角   。2011年，由其参与制片的剧情电影《乡谣情缘》上映   。

2012年11月，由其主演的喜剧电影《乱斗夫妻》在美国上映，在片中饰演陷入中年危机的有妇之夫杰夫   。2013年8月30日，与莱昂纳多·迪卡普里奥联袂主演的剧情电影《了不起的盖茨比》上映，在片中饰演黛西的远房表哥尼克   。

2014年1月31日，与乔什·布洛林、凯特·温斯莱特共同主演的剧情电影《劳动日》上映，在片中饰演单身母亲阿黛尔的儿子亨利   。2015年9月18日，由其主演的传记电影《出棋制胜》在北美上映，他在片中饰演前国际象棋世界冠军鲍比·菲舍尔   。

2017年3月31日，由其参与配音的动画电影《宝贝老板》上映，该片由汤姆·麦克莱格雷斯执导，托比·马奎尔在片中担任旁白   。