2005年，任晗因获得全国文艺推新人大赛影视十佳金奖而走上了演艺之路；同年，任晗出演了个人的首部影视作品，她在与吴若普，周莉合作出演社会伦理剧《走出监狱的女人》中饰演了高中时期的女主角马莉。

2006年，任晗出演了话剧《暗恋桃花源》，并在剧中饰演了云之凡；同年，任晗还与王奎荣、王姬共同出演了现代家庭剧《家比天大》；此外，任晗还出演了个人的首部大银幕作品《叫板》。

2007年，任晗出演了都市儿童剧《快乐幼儿园》；同年，任晗还出演了动作电影《少林男子》。

2008年，任晗先是与徐洁儿、邱逸锋共同出演了网络互动剧《YEAH》；之后，任晗又在与杨立新、王玉梅、边潇潇合作出演的古装传奇剧《漕运码头》中饰演了乖巧能干的丫环夏草；同年，任晗还与阮伟旌、聂梅共同出演了都市青春剧《爱神的黑白羽翼》；此外，任晗还与金载沅、牛萌萌。朱琳合作出演了中韩合拍的都市爱情剧《初恋》；以及出演现代剧情电影《风筝再次飞起》。

2009年，任晗与林心如、杨幂、王丽坤等艺人共同出演了古装传奇剧《美人心计》；同年，任晗还与马雅舒，刘恺威合作出演了民国爱情剧《谁知女人心》。

2010年，任晗先是与常铖、李美旋、张宁江共同出演了现代刑侦剧《天网》；之后，任晗又在与廖京生、迟帅、柯蓝合作出演的时代奋斗剧《阿丕书记》中饰演了李桂媛；同年，任晗还与赵恒煊、史兰芽、刘长纯共同出演了革命传奇剧《铁道游击队2》；此外，任晗还与张帆，石琳合作主演了现代都市电影《蛋糕》；以及出演剧情片《花儿并蒂开》。

2011年，任晗先是与陶红、吕丽萍、孔琳等艺人共同主演了现代情感剧《傻春》，并在剧中任晗饰演了命运多舛的小妹赵素楚；之后，任晗又与陈意涵、薛仕凌、鲁诺合作出演了网络爱情喜剧《恋爱SOS》；同年，任晗还在与唐国强、孙维民、王伍福等众多演员共同出演的革命史诗剧《东方》中饰演了豫剧名家常香玉；此外，任晗还与陈浩民、任天野、赵柯合作出演了古装探案剧《卜案》；以及与吕星辰、冯国庆共同出演文艺爱情电影《郎在对门唱山歌》。

2012年，任晗先是在与朱雨辰、焦俊艳、李子雄合作出演的动作谍战剧《冷风暴》中饰演了冷静果敢的欧阳倩；之后，任晗又与凌潇肃、许亚军、沈佳妮共同出演了年代军旅剧《从军记》；同年，任晗还与鲍国安、申军谊合作出演了古装儿童剧《聪明小空空》；此外，任晗还主演了都市喜剧片《荷都奇遇》；以及主演微电影《猫女》。

2013年，任晗先是与林永健、齐欢、墨阳共同出演了革命人物传记剧《聂荣臻》；之后，任晗又与林保怡、范文芳、叶静合作出演了年代励志剧《屯戍西疆》；同年，任晗还与张定涵、崔鹏、秦雪合作主演了古装武侠剧《新甘十九妹》，并在剧中饰演了美丽俏皮的可爱侠女尉迟兰心；此外，任晗还出演了年代爱情片《难忘金银滩》；以及青春励志片《说出你的梦想》。

2014年，任晗与唐嫣、李易峰、舒畅等人合作出演了民国情仇剧《活色生香》，并在剧中饰演了善解人意且敢作敢为的素秋；随后，任晗又主演了年代励志电影《古路坝灯火》，并在片中饰演了在民族危亡的大时代中奋发图强的民国女学生徐丹凝；同年，任晗还与孙俪、刘涛、马苏等众多演员共同出演了根据同名小说改编的古装传奇剧《芈月传》，任晗则在剧中饰演了知书达理且机智有才华的绿萝。

2016年，任晗参演了科幻片《幻影神探之恍惚》；同年，她还相继主演了都市片《私人律师》；革命历史片《沂蒙英雄》。