音乐方面
2001年5月18日，与钟欣潼组成女子歌唱组合Twins，推出首张同名EP正式出道；2002年9月，举行一连三场“Ichiban兴奋演唱会”，她成为最年轻在红馆（香港体育馆）开演唱会的女艺人以及香港艺人。
2003年12月，她于红馆举行五场跨年演唱会“零4好玩演唱会”。2004年，以Twins名义夺得2003年度“四台联颁音乐大奖传媒大奖”。2005年，Twins正式发展国语市场，推出首张国语唱片《见习爱神》，全亚洲销量达80万张；7月，为广播剧原声专辑《36计》中的歌曲《鱼旦歌》拍MV ；11月，为动作玄幻电影《情癫大圣》歌曲《爱》的粤语版首次填词。
2006年1月，于红馆举行四场“一时无两演唱会”，同年获香港杜莎夫人蜡像馆邀请于馆内设立蜡像，当年23岁的她是最年轻获邀于馆内设立蜡像的香港艺人；9月，推出首支由她亲自作曲的歌曲《你不是好情人》，收录于专辑《Ho Hoo Tan》中，此曲是她花了三年时间去创作的作品。
2008年1月，Twins于2007年度“十大劲歌金曲颁奖典礼”中首次夺得“亚太区最受欢迎香港女歌星”后，受拍档钟欣潼“艳照门”事件影响，蔡卓妍开始作独立发展，但对其人气及工作量并无负面影响，除继续出演电影、拍摄广告外；8月，为“愿望成真基金”筹款，推出首张单曲唱片《Make A Wish》。9月29日，与新加坡歌手林俊杰合唱歌曲《小酒窝》，并凭此曲获得多项奖项，其中包括于“第三十一届十大中文金曲颁奖音乐会”中夺得“全国最佳中文歌曲奖”。
2009年，蔡卓妍正式以个人身份发展歌唱事业；2月，首支歌曲《二缺一》派台，得到各台及乐迷支持；4月，推出首张个人专辑《二缺一》，获颁发白金唱片；10月，推出EP《Another Me》，主打歌有《生还者》及创作歌曲《放得低》等，同样获白金唱片销量；12月，于澳门举行的“蔡卓妍、光良Make A Wish童话音乐会”，是个人发展后首个售票演唱会。
2010年3月，Twins宣告复出。4月16日，Twins时隔四年再度踏上红馆舞台，拉开了她们《人人弹起》主题世界巡回演唱会的序幕；6月15日，蔡卓妍推出了她的首张国语专辑《AS A SA》；同年10月，推出广东EP《Beauty Remains》，其中多首曲目于当年各台榜单中获奖。12月，在”新城劲爆颁奖礼2010“中获得新城全国乐迷投选劲爆组合大奖。
2011年2月10日，阿sa推出《Sweetest day》收录两首全新主打以及15首Karaoke MV，其中由Eric Kwok和林若宁倾力打造首只派台主打《年年》，最终为阿sa带来了她的第一支四台冠军歌曲；5月6日，Twins两人亦于远赴澳大利亚凯恩斯拍摄MV及写真集延续十周年之旅；5月18日，英皇娱乐召开记者发布会庆祝Twins成立十周年并宣布合体。7月20日，推出国语专辑《3650》中的同名主打曲目以及回馈歌迷的歌曲《留言墙》 ；同年Twins《人人弹起》世界巡回演唱会继续于各地奔波；8月，继新专推出之后两人举办了《新城3650音乐会》演唱自出道以来多首经典曲目；9月、11月先后来到广州、上海、美加开show。
2012年3月，Twins经历四年沉淀再次推出粤语专辑《2 be free》，以“自由”为主题；7月24日，蔡卓妍推出了粤语专辑《Montage》，其中首发派台歌曲《明明》获得TVB劲歌金曲榜单冠军。2015年底至2016年初，与钟欣潼在红馆举行《#TWINS#LOL#LIVE IN HK》跨年演唱会。
2017年1月27日，央视春晚凉山分会场，与李克勤演唱《太阳出来喜洋洋》；2月11日，在2017年中央电视台元宵晚会上，演唱歌曲《团圆饭》。
影视方面
2000年，蔡卓妍高三时去参加香港电台电视部筹备的电视剧《青春@Y2K》的海选，被导演选中是5位女主角之一。随后很多杂志找她拍封面及做专访。在《Yes!》杂志负责人的引荐下得英皇经理人霍汶希赏识，便签约英皇娱乐成为旗下艺人。同年，与中学同学在电影《自从他来了》中担任特约演员；2001年，参与爱情电影《恋爱起义》的拍摄；同年获得出演爱情电影《常在我心》的机会，首次担任该片女主角，饰演患癌少女君儿。
2002年，凭借电影《常在我心》获“第二十一届香港电影金像奖”“最佳新演员”提名；7月，主演古装神话剧《齐天大圣孙悟空》，饰演可爱的紫兰仙子，该剧在香港无线播出时首集的最高收视有四十点，平均收视则有三十五点；同年主演爱情电影《我老婆未满十八岁》。
2003年，主演爱情喜剧电影《下一站天后》，同名电影主题曲是她首支独唱作品；3月，主演奇幻动作电影《千机变》，该片在香港上映首周票房总收入达一千三百多万元；7月，与郑秀文联合主演喜剧爱情片《恋上你的床》11月，主演悬疑片《古宅心慌慌》，饰演视财如命的学生丁诗，该片在中国内地票房不佳，但截止2010年11月13日，《古宅心慌慌》香港票房达到600多万港元，其中12日、13日连续两天创收64多万港元，撼倒了基努·李维斯主演的《黑客帝国3》，成为两日的票房之冠。
2004年，这是她首次获得的电影奖项——“第四届华语电影传媒大奖”、“港台最受欢迎女演员金奖”；1月15日，另外凭悬疑片《古宅心慌慌》于“第十届香港电影评论学会大奖” 首获影后提名；2月，主演动作喜剧片《见习黑玫瑰》；9月，与成龙、杨采妮主演动作剧情片《新警察故事》，饰演善良的警队小警花莎莎；11月，主演动作喜剧片《阿孖有难》；同年主演由潘文杰执导的励志喜剧《功夫足球》，饰演粗鲁、大大咧咧的女孩朱达才。该年她有十部参与演出的电影上映，约占全年上映的53部香港电影中的五分之一。
2005年10月，与杨采妮主演文艺爱情片《再说一次我爱你》；同年与钟欣潼联合主演动作片《精武家庭》，饰演活泼好动的少女Ella。2006年9月29日，参演成龙主演的喜剧动作片《宝贝计划》上映，该片全亚洲总票房达到1亿5千万元。
2007年，蔡卓妍在“香港特区10周年电影选举”中，获得由观众投票的“我最喜爱新世代女演员”及由业内人士选出的“最具潜质女演员”奖项；1月，与吴京联合主演动作喜剧片《双子神偷》，并与钟欣潼饰演一对武艺精绝的双胞胎姐妹；7月，蔡卓妍凭借惊悚片《妄想》在“第十一届韩国富川国际幻想电影节”首夺“最佳女主角”奖；9月，在“第十二届香港电影金紫荆奖”凭喜剧电影《戏王之王》中饰演三级片女星单丹一角夺得“最佳女主角”，以及“最受欢迎女主角”，也是她于香港首个影后殊荣；亦因此片而拜戏剧大师詹瑞文为师，继续进修演技。另外，蔡卓妍亦有参与电视综艺节目演出，主持《阿Sa真人Show》。
2008年7月，推出与父亲合撰的首本著作《单·亲·爱》，描述她与父亲的单亲家庭生活，收益用作慈善用途，推出仅两日即告全面售罄；另外，蔡卓妍再凭喜剧片《戏王之王》获“第二十七届香港电影金像奖”及“第十四届香港电影评论学会大奖”影后提名；10月，主演武侠爱情片《剑蝶》，饰演古灵精怪的祝家大小姐祝言之。该片上映3天票房达到267万港元。
2009年9月，首次参演台湾偶像剧《呼叫大明星》；同年主演玄幻武侠片《风云2》，该片在中国、新加坡、马来西亚等地同步上映。中国香港地区的首周末票房为225万港元，新加坡、马来西亚的首周末票房分别为300万港元和500万港元，分别创下了当地华语片2009年的票房纪录。
2010年，蔡卓妍主演由王晶的执导爱情喜剧电影《美丽密令》和秦小珍导演处女作《翡翠明珠》；7月，与李冰冰联合主演的动作悬疑片《枪王之王》在全国公映，该片首周票房获得3816万人民币，总票房突破1.1亿人民币。
2011年6月，蔡卓妍主演了喜剧片《财神客栈》，该片首周票房获得5500万人民币，总票房获得过亿票房；同年10月，魔幻爱情动作电影《白蛇传说》受邀参加威尼斯电影节、釜山电影节、巴塞罗那奇幻电影节，并获当年金马、金像、纽约中国电影节等多项提名奖项。该片上映六天后票房过亿，总票房突破2亿人民币。
2012年1月，蔡卓妍在古装神话喜剧《欢乐元帅》中饰演调皮可爱、清纯善良的小龙女，该剧亦是Twins阔别十年再度合体拍剧；2月，蔡卓妍主演了武侠偶像科幻剧《剑侠情缘之藏剑山庄》，该剧在湖北电视台综合频道首播当日，以高达3点多的收视率斩获全省冠军，取得开门红；4月，阿sa参演寰宇电影筹拍阮世生执导的爱情喜剧片《我老公不靠谱》于香港开拍。
2013年，主演了喜剧片《超级经纪人》，饰演细心、能干的超级经纪人孙美美。2014年，蔡卓妍主演了剧情片《雏妓》，凭借《雏妓》荣获澳门国际电影节金莲花最佳女主角；4月，主演了都市爱情电影《放手爱》，饰演可爱甜美的时尚杂志编辑张悦。2015年2月13日，蔡卓妍受邀加盟《超级战队》，与朱丹、张涵予一起成为明星队长，带领三支现场观众队伍进行对战。
2017年，参演了徐娇主演的爱情片《会痛的十七岁》；3月，加盟《奔跑吧》，和“奔跑团”、林志玲、容祖儿、唐艺昕、李沁四位美女一起来到风景美如画的云南大理，上演了一场“男女对抗赛”；4月，和钟欣潼共同参与录制浙江卫视《熟悉的味道第二季》；5月，与佘诗曼主演了悬疑惊悚电影《常在你左右》；6月，与何炅、钟欣潼联合主演的喜剧片《仙球大战》上映；8月，与郑秀文联合主演了根据剧作家庄梅岩的同名舞台剧改编的电影《圣荷西谋杀案》。
2019年4月4日，蔡卓妍领衔主演的剧情片《非分熟女》在中国香港上映，她在片中饰演了患有性障碍的妇科医疗人员小敏，凭借该片蔡卓妍提名第38届香港电影金像奖最佳女主角奖，并获得第11届澳门国际电影节最佳女主角奖；5月6日，与林峯合作主演的警匪悬疑剧《机动部队》在优酷播出，她在剧中饰演了正直不阿、外冷内热的女沙展何慧玲。
2020年2月，凭借《圣荷西谋杀案》提名第39届香港电影金像奖最佳女配角奖。
2021年，将参演庄文强新作《金手指》。5月14日，主演爱情电影《感动她77次》，饰演职场女孩Eva。
