1990年，与孙浩一起主演励志故事片《天皇巨星》，扮演了歌舞团许飞的妹妹红歌星彤丹；随后，在根据钱钟书先生的同名长篇小说改编的《围城》里，饰演女博士苏文纨的表妹唐晓芙。

1991年，在黄健中执导的改编自舞台剧《大年初一》的《过年》当中饰演戏中申军宜的老婆；同年，与张丰毅共同主演了郭宝昌执导的历史题材剧《淮阴侯韩信》。

1993年，拍摄了根据霍达的小说《穆斯林的葬礼》改编而成的《月落玉长河》，饰演韩新月。1994年，拍摄了由王扶林执导的中国古典文学四大名著之一的《三国演义》，饰演甄氏。

1995年，拍摄了由赵宝刚执导的爱情电视剧《东边日出西边雨》，饰演丁晓敏。1996年，主演了苏舟执导的剧情片《浦江叙事》。1996年，史兰芽从中央戏剧学院表演系毕业后到北京人艺当演员。

2004年7月，与侯勇，杜源共同主演了描写中国最后的铁道兵的军旅剧《铁色高原》，饰演女军医陆玲琅 ；11月，与赵恒煊、刘长纯共同主演了抗战剧《铁道游击队》，饰演刘洪之妻芳林嫂 ；随后，拍摄了军事题材作品《最后的骑兵》，饰演地质专家杜晓风 。

2005年3月，主演了家庭伦理剧《我们的父亲》，饰演传染科医生秦家二女儿范文浩的妻子“秦艺芳” ；随后，拍摄了陶泽如、涓子主演的悬疑警匪剧《犯罪嫌疑人》 。

2006年3月，主演了改编自翟恩猛的长篇小说《疯祭》而成的《守望幸福》，诠释了冷颜而忧郁的精神科专家，谢家母亲的主治医生楚画 ；10月，与田晓洁共同主演刑侦剧《铁骨芳心》，饰演南石市公安局局长，一级警督；浩浩的母亲廖芳华 ；11月，主演了现代刑侦剧《白雪皑皑》，饰演中国缉毒维和刑警孙婷 ；随后，主演知青题材情感剧《几度菊花香》，扮演了“沪新”厂的工人郝大个的女儿郝爱华 。

2007年，9月，与李幼斌共同主演了根据吴强同名长篇小说改编的战争剧《红日》 ；10月，拍摄了马景涛主演的生活爱情剧《一路夫妻》 。

2009年8月，主演了以“三线建设”为背景的作品《爱在苍茫大地》，出演了出身书香门第的大家闺秀梅湘云 ；随后，与马跃共同主演讲述了卧底警察的真实生活的故事《忠魂》，挑战了新海市公安局局长甄丽青这一角色 。

2010年2月，与王志文合演凄情谍战剧《旗袍》，扮演剧中钱鹏飞的妻子尚小兰 ；6月，与李幼斌合作共同主演情感剧《师傅》，饰演铁师傅的师妹，欧阳水的姑姑欧阳云 ；10月，拍摄了翻拍自同名电影的电视剧版《铁道游击队2》，饰演芳林嫂 。

2011年3月，主演了海关题材主旋律影视作品《国门英雄》，在剧中与王笛饰演一对母女 ；7月参演红色抗战剧《两个女匪王》，饰演索命仙姑 ；11月，拍摄了追忆“红岩”精神的作品《追捕渣滓洞刽子手》，饰演隐蔽在国民党军统内部的地下党员肖静茹 。

2012年2月，拍摄了顾晶执导的贺岁家庭轻喜剧《老严有女不愁嫁》，饰演严查令的老婆，严小灿的母亲杜慧娘 ；5月，与李幼斌再次共同主演了民国复仇悬疑电视剧《假面》 。

2013年4月，与廖京生、何政军领衔主演了讲述审计工作、弘扬社会正能量的作品《国家审计》，饰演东州市审计局经责处处长徐咏萍 ；7月，与李幼斌共同主演商战情感剧《活法》，诠释了江源的妻子，戏剧艺术家谭小慧一角 。

2014年10月，与李幼斌、丁咛共同主演了高智商抗战电视剧《邮差》 。

2015年12月23日，作为嘉宾出席了第30届中国电视剧飞天奖典礼 。

2019年6月26日，史兰芽、李幼斌夫妻首次共同出演话剧《老式喜剧》在北京人艺实验剧场首演。

2021年4月29日，参演电视剧《御赐小仵作》播出 ; 2021年10月2日，主演的抗战电影《生死阻击》在爱奇艺上线 ; 12月26日，特邀出演的当代军旅史诗剧《王牌部队》开播 。

2022年2月28日，主演的电视剧《能有多大事》在福建厦门开机。 8月25日，出演的电视剧《罚罪》定档。