1955年，王晓棠被长春电影制片厂选中，出演个人第一部电影《神秘的旅伴》，在片中饰演彝族的姑娘小黎英。

1958年，王晓棠调入八一电影制片厂，成了一名专业电影演员。同年凭借主演的电影《边寨烽火》获得第11届卡罗维·发利国际电影节青年演员奖。同年出演郝光执导的纪录片《县委书记》。同年在红色谍战电影《英雄虎胆》中饰演国民党特务阿兰，王晓棠在影片内跳了一段热情激昂的伦巴。

1959年，1月1日与王心刚，王晓棠，张勇手共同主演的剧情电影《海鹰》上映，王晓棠在片中饰演民兵连长吴玉芬 。

1961年，王晓棠在袁先执导的剧情电影《碧空雄师》中饰演男主角林大海的姐姐林巧。

1962年，再次与导演郝光合作，在其执导的剧情电影《鄂尔多斯风暴》中饰演男主角乌力记的未婚妻乌云花。

1963年，领衔主演严寄洲的《野火春风斗古城》，在剧中饰演谍报双姝金环、银环，王晓棠在拍摄电影《海鹰》时看到了这部小说。

1966年，王晓棠在“文革”中受冲击，复员到林场劳动6年 ，1975年平反重新工作，自此自后王晓棠走上了导演岗位。1977年，在史文帜执导的电影《震》中饰演丁医生。

1982年，王晓棠创作了一部以华侨生活为题材的电影剧本《翔》，并亲自担任导演和女主角。

1988年任八一电影制片厂副厂长。1988年，被授予大校军衔。1992年9月起任厂长，后兼任党委书记。1993年7月晋升少将。

1995年12月27日，在纪念世界电影诞生100周年，中国电影诞生90周年活动中，王晓棠获得中国电影世纪奖女演员奖。

2001年，王晓棠自编自导反映海峡两岸同胞的亲情乡情爱情的电影《芬芳誓言》，影片获得第8届北京大学生电影节组委会特别奖，王晓棠凭借该片与王宸共同获得第21届中国电影金鸡奖最佳编剧奖。

2002年，王晓棠以对中国电影的贡献荣获了意大利“第三个千年国际奖”。

2005年，在中国电影表演艺术学会举办的庆祝中国电影百年诞辰的活动中，被选为中国电影百年百位优秀演员

2009年8月6日，在青岛举行的第12届中国电影表演艺术学会金凤凰奖颁奖晚会中，王晓棠获得终身成就奖。

2012年，王晓棠获得华鼎奖中国电影终身成就大奖。

2015年9月2日，做客北京卫视《影视风云》；9月19日，王晓棠在吉林省吉林市举行的第30届中国电影金鸡奖中获得终身成就电影艺术家奖。

2020年9月，获得新时代国际电影节庆祝新中国成立70周年全国十佳电影女演员奖。