2002年，郭碧婷因参加一个在台北西门町举办的美少女选秀比赛而踏入娱乐圈。此后，她主要担任《BEAUTY》、《RAY》等时尚杂志的平面模特，以及拍摄了众多的电视和平面广告，而其也因此逐渐在台湾平面广告界崭露头角。

2003年，郭碧婷主演了陈奕迅《圣诞结》的音乐录影带；之后，她又相继担任了孙燕姿、萧敬腾、王力宏等众多华语歌手音乐录影带的女主角。

2004年，郭碧婷与五月天搭档拍摄了某金饰品牌广告，并担任了其《超人》音乐录影带的女主角；随后，她又在五月天台北演唱会上与阿信携手演出了《相信》，而这一系列的合作也使她赢得了颇高的曝光度。

2005年，郭碧婷出演了个人的第一部影视剧作品，她与蓝正龙、黄圣依合作主演了内地年代言情剧《金色年华》，并在剧中饰演了敢爱敢恨并最终为爱香消玉殒的富家千金女许曼丽。

2006年，郭碧婷继续担任平面模特工作，并为众多的杂志、时尚品牌拍摄了封面和广告宣传片。

2007年，郭碧婷推出了个人的银幕处女作，她与张孝全搭档主演了纯爱推理电影《沉睡的青春》，并在片中饰演了孤独坚强又追求自由的美丽女孩徐青青。此后两年，郭碧婷因没有接到适合的角色以及其它工作的需要而在戏剧方面有所沉寂。

2008年，郭碧婷接拍了《益达口香糖便利店》广告，并因在片中饰演清新甜美的邻家女孩而赢得了更高的询问度，同时也让她得到了“益达女孩”的称号。

2009年，郭碧婷受邀参加了湖南卫视娱乐脱口秀《天天向上》的广告红人特辑，而这也让更多的内地观众知道了她的名字；同年，她还参加了江苏卫视综艺节目《周末不加班》的MV红人特辑。

2010年，郭碧婷回归大银幕，她与杨佑宁、杨子珊合作主演的台湾首部宠物愈疗系电影《街角的小王子》上映，她在片中则饰演了清新脱俗却腼腆内向的美术系才女叶筱静 。

2011年，郭碧婷开始进军内地影坛，她主演了青春励志片《假如没有你》，并在片中饰演了美丽善良却身患绝症的女主角安楚儿。

2012年，郭碧婷完成了个人的第一个古装角色，她在古装武侠翻拍剧《新保镖之翡翠娃娃》饰演了性格温婉又足智多谋的长风镖局大小姐程采玉 ；随后，她还出演了励志微电影《枫树街33号》；10月，郭碧婷开始参与根据郭敬明同名小说改编并由他自编自导的《小时代》系列电影的拍摄工作。

2013年，郭碧婷随小时代剧组参加了湖南卫视综艺节目《快乐大本营》 ，并因其在节目中的本色表现而在此后一段时间的各大热搜榜和sns社会化媒体搜索量上位居榜首，同时也使她获得了“妹花女神”的称号；随后，其与杨幂、郭采洁、谢依霖等人联袂主演的都市青春片《小时代》、《小时代2：青木时代》相继上映，她在片中饰演了美艳绝伦，才华横溢，却命运多舛的南湘，而两部影片上映后则取得了接近8亿人民币的票房成绩，郭碧婷个人也凭借此角色获得了BQ江南红人榜年度电影新演员、乐视盛典年度电影新锐女演员两项荣誉，并赢得了更多内地观众的关注与喜爱；同年，她还与段奕宏、戴立忍、刘雅瑟合作主演了内地首部3D爱情电影《爱情进化论》，并在片中饰演了可爱勇敢的女主角安安；此外，郭碧婷还获得了首届明星街拍盛典年度最佳街拍形象奖。

2014年，郭碧婷除了继续在郭敬明执导的都市青春片《小时代3：刺金时代》、《小时代4：灵魂尽头》中出演南湘之外；她还与郭采洁、杨佑宁、胡宇崴联袂主演了年代摩登爱情片《对风说爱你》，并在片饰演了因时代动荡而漂泊异乡的钢琴教师邱香，而此片则入围了第18届上海国际电影节金爵奖主竞赛单元；随后，郭碧婷还主演了电影版《咱们结婚吧》，而她在片中则饰演了文艺气息十足却对爱情充满纠结的小提琴手文艺，并与李晨演绎了一段有几分跳脱意味的异国爱情故事，该片在上映后则取得了2.84亿人民币的票房成绩；此外，她还在与李敏镐搭档主演的爱情微剧《一线钟情》中饰演了温柔可人的女主角玲玲。

2015年，郭碧婷与金世佳搭档主演了都市时尚宠物剧《神犬小七》，并在剧中本色饰演了外冷内热，对动物充满爱心的女主角丁涵，此剧在播出后则取得了全国暑期黄金档电视剧收视第一、并获得了第11届中美电影节优秀中国电视剧金天使奖，其个人也凭借在剧中的不俗表现赢得了众多电视观众的认可；7月，郭碧婷主演的《小时代4：灵魂尽头》上映，而《小时代》系列电影的最终票房成绩则超过了18亿人民币，这也创造了国产系列电影的票房记录；与此同时，她还出演了明星跨界时尚真人秀节目《女神新装》；随后，郭碧婷与设计师李薇搭档在十期常规赛中七次获得冠军；并在总决赛中逆转获得了最终的年度“冠军女神”，同时她也以61,556,666元创造了该节目的买家竞拍记录。

2016年，郭碧婷的第一部作品是与郑恺搭档主演的清装人物传奇剧《国士无双黄飞鸿》，而她在剧中则饰演了不喜红妆爱武装且对爱不离不弃的女主角莫桂兰（十三姨）；随后，其与任言恺、李贤宰等人联袂主演的都市时尚励志喜剧《极品模王》上线播出，同时，她还演唱了该剧的宣传曲《最浪漫的事》，而这也是其演艺生涯的首支个人单曲；4月，郭碧婷与冯绍峰搭档主演了都市玄幻爱情剧《那片星空那片海》，并在剧中饰演了倔强坚强的美丽少女沈螺，该剧则于次年在CMS52城、全国网双双取得全国次黄金档电视剧收视第一，而其全网播放量在播出期间便突破了50亿次。

2017年，郭碧婷与古天乐、陈学冬、周冬雨等人联袂出演了刘伟强执导的古装武侠魔幻片《武林怪兽》；10月4日，她还参加了湖南卫视《中秋之夜》晚会，并在晚会上献唱了唯美浪漫的古风歌曲《千灯愿》 ；

与此同时，其主演的《那片星空那片海2》也在湖南卫视播出 ，第二部的故事发生在大唐盛世，她在剧中饰演的是平凡善良，并拥有扬帆远航梦想的女主角陆漓，而第二部在播出后则再次取得了CMS52城、全国网次黄金档电视剧收视第一的成绩。

2018年3月2日，郭碧婷领衔主演的现代奇幻爱情片《宇宙有爱浪漫同游》在全国公映  ，其在片中则饰演了原本天真无邪，却因年少时经历哥哥自杀而在心中留下阴影的美艳心理学家Tina；随后，她还与萧敬腾搭档主演了现代心理惊悚剧《魂囚西门》；11月，其参加的亲子代系相处真人秀《最美的时光》在江苏卫视播出，节目中则记录了她与父亲之间的一段生活过程。

2019年7月6日，郭碧婷以固定嘉宾身份参加的夫妻情感观察真人秀《我家小两口》在湖南卫视播出，而其在节目中则与未婚夫向佐一起前往新疆展开了一场幸福甜蜜的浪漫旅行；随后，她还同样作为固定嘉宾参加了芒果TV父女情感观察真人秀《女儿们的恋爱第二季》。