2004年，白冰放弃通过的北京广播学院播音与主持专业的机会，却因大二时期学姐主动帮她报名参加央视的《梦想中国》后阴差阳错的签约英皇星艺而进入演艺圈。2006年11月，为首部3D动画《精灵世纪》演唱片尾曲《希望》；12月，单曲《独来独往》收录于英皇群星金曲合辑中。

2007年1月，参加英皇群星金曲合辑《光荣与梦想》北京首唱会；2月，白冰第一部影片《爱情呼叫转移》展示了她本色的一面；3月，担任《南都周刊》封面人物；6月，参演第一部电视剧《让梦想走向阳光》；8月13日，出任MTV-Kappa炫舞门街舞大赛嘉宾评委；9月，北京电视台国庆晚会表演嘉宾；10月，担任中央电视台《倾国倾城》节目演出嘉宾；11月，担任首届大学生音乐节颁奖典礼颁奖嘉宾；同月录制电影《命运呼叫转移》插曲《茉莉》。

2008年2月，白冰出演了英皇电视剧《完美结局》 ；5月，与蒋梦婕、杨洋联合主演了李少红版《红楼梦》，她在剧中饰演了大方典雅举止雍容的薛宝钗；9月，参演了贺岁电影《爱情呼叫转移Ⅱ：爱情左右》，与邓超联袂，上演纯真年代同窗深情；9日，发行首支个人单曲《写给你的歌》，这也是白冰个人初入歌坛的力作，这首本是英皇电视剧《完美结局》的片尾曲，与罗嘉良共同演绎；11月，参加西影50周年——电影之歌演唱会并演唱主题曲《借来的星空》。2009年1月，参加2009北京台春节晚会演唱歌曲《北京欢迎你》。

2010年1月2日，主演的穿越历史剧《神话》在央视八套首播，白冰在剧中饰演了美丽大方的图安公主玉漱，并与胡歌演唱片尾曲《美丽的神话》；4月，主演年代剧《同门兄弟》，在剧中饰演出身名门的千金小姐白潇潇 。随后参演了陈木胜执导的动作电影《新少林寺》。7月，参与拍摄抗战题材电视剧《水上游击队》，并在剧中饰演了雁翎队中的女战士丁水妹，该剧是白冰首次尝试抗日题材电视剧；8月3日，与胡歌主演的都市情感剧《苦咖啡》首播，白冰在剧中饰演了善良单纯的都市白领沈离，并演唱主题曲《领养星星的孩子》；11月13日，在第4届华鼎奖上，《神话》获得“传奇题材类最佳电视剧”，白冰凭借该剧获得“华鼎中国最受观众喜爱的女演员奖”。

2011年4月，白冰与刘若英主演的都市爰情电影《隐婚男女》上映，并在片中饰演了敢爱敢恨的张静宜；5月，白冰通过公司推荐被选中主演枪战动作电影《逆战》，她在片中饰演了训练有素的国际刑警ICE；12月17日，白冰主演的古装剧《凰图腾》在湖南卫视播出，白冰在剧中饰演了单纯善良的缪风燕。

2012年1月20日，参演李慧珠执导的古装宫廷剧《宫锁珠帘》在湖南卫视播出，她在剧中饰演了天资聪慧的雍正大帝的妃子婉嫔，而此剧在播出后则以平均收视率百分之2.39、市场份额百分之11.19的成绩取得全国同时段电视剧收视第一 ；2月，白冰主演了青春偶像励志剧《我要当空姐》，她在剧中饰演了古灵精怪的幕后老板玉美美 ；9月，主演了都市社会题材电视剧《婚前协议》，并在剧中饰演年轻的时尚设计师初征同年，在成龙执导的动作电影《十二生肖》中客串演出了一名文物保护小组的清纯女学生Lily。

2013年1月14日，白冰参演的古装传奇剧《隋唐演义》在东方卫视播出，白冰在剧中饰演了妖艳妩媚的萧美娘；6日，主演了都市情感励志剧《无声恋曲》，并在剧中饰演了天才聋哑少女沈优优 ；6月，白冰第一次接演打戏《一个人的武林》，白冰在片中饰演夏侯武的师妹，并凭借该片获得“金票根影”“最具突破奖”；7月，主演了古装爱情剧《画皮之真爱无悔》，她在剧中饰演了千年狐妖小唯，并演唱主题曲《落叶》和插曲《葬心》；10月，主演了爱情喜剧电影《37次想你》，白冰在片中饰演了清纯漂亮、聪明内向的的摩托车手吕雯；11月，参演了动作电影《救火英雄》，白冰在片中饰演了电力专家一角，打破固有形象挑战了一位雷厉风行的女汉子。

2014年8月，白冰产后复工，并出演了都市情感励志剧《你是我的姐妹》，并在剧中饰演了文静又温顺的安静。11月，加盟了任嘉伦、阚清子主演的古装剧《通天狄仁杰》，她在剧中饰演了仙气十足的“药王姐姐”慕容云。2015年3月17日，白冰特别友情客串的古装魔幻武侠剧《少年四大名捕》在湖南卫视播出，她在剧中饰演了妖媚的九尾狐；11月，主演了民国战争剧《美人如玉剑如虹》，她在剧中饰演了高冷骄傲、行事果敢的军校公主罗敷。

2016年1月，白冰友情出演了梁胜权执导的古装玄幻武侠剧《飞刀又见飞刀》；5月13日，她与孙坚主演的喜剧电影《谎言大爆炸》上映，她在片中饰演智勇双全的警花妻子李清；6月，白冰与王丽坤联合主演了科幻古装网络剧《天泪传奇之凤凰无双》，她在剧中饰演了雍容华贵的齐国公主高嫣；7月，零片酬加盟人物传记电视剧《彭德怀元帅》；3日，特别出演鞠觉亮执导的古装玄幻剧《幻城》在湖南卫视播出，并在剧中饰演了少女莲姬。

2017年2月，白冰与唐嫣联合主演了喜剧电影《决战食神》；4月17日，白冰与唐艺昕联合主演的民国爱情武打剧《太极宗师之太极门》正式播出，白冰在剧中饰演了温婉可人的大家闺秀梁思洛；27日，主演的电视剧《苦咖啡》于首播七年后首次上星播出；12月6日，《天泪传奇之凤凰无双》爱奇艺普通会员收官，该剧网络播放量突破28亿；同年，与陈伟霆、白百何联合主演了轻科主义都市情感剧《南方有乔木》，并在剧中饰演了聪明漂亮的女强人温迪。

2018年2月，主演叶伟民执导的刑侦网络剧《原生之罪》。8月，特别出演张天爱主演的都市情感剧《爱情进化论》，在剧中饰演刚柔兼备的时尚餐厅女老板何鑫。