1998年，首次出演陈军执导的情感励志电影《不能没有你》，在影片中与王峥、周婷婷合作。

2005年，毕业之后的首部电视剧是在周晓文执导，范冰冰、赵文瑄主演的古装宫廷剧《大唐芙蓉园》 。随后与刘涛、吴晓敏、王姬联袂出演都市情感剧《下一站是幸福》饰露茜 。

2006年，在陈宝国、鲍国安主演的古装历史剧《越王勾践》中饰演卫姬 。与马伊琍、蓝正龙共同主演，首部反映抗战时期侵华日军使用生化武器的电视剧《永远的铭记》，饰演反派角色伊香美子 。同年与朱铁、车晓共同主演刑侦反腐剧《红罂粟2》饰韩露 。

2007年，与马跃领衔主演缉毒剧《生死英雄》饰演女主角施雨 。还出演了郭德纲自编自导自演的电视剧《窦天宝传奇》，饰演小白蛇一角 。随后在寇世勋、曹曦文主演的生活剧《秋去秋来》中饰演飞飞 。

2008年，参演吴秀波、唐于鸿主演的谍战剧《剑谍》，在剧中饰演女特工向非艳 。

2010年，出演由黄觉、颜丹晨领衔主演的年代动作悬疑剧《黑色名单》 。在陈浩民、蓝燕主演的纪传体古装神话剧《天地姻缘七仙女》中饰王母娘娘 。同年出演由于正改编，张庭、李小璐领衔主演的历史宫廷悬疑魔幻剧《唐宫美人天下》。出演郑晓龙执导，孙俪、蔡少芬主演的古装清宫斗争剧《后宫甄嬛传》，因饰演“欣贵人”一角，为观众所熟知 。

2011年，与郭涛、温兆伦主演抗战传奇剧《节振国传奇》 。在唐嫣、陈键锋主演的民国传奇情感剧《乱世佳人》中饰演晴如 。随后出演古装武侠剧《南少林荡倭英豪》。

2012年，在刑侦爱情剧《天亮请睁眼》中饰演庄艳丽 。与陈冠霖主演传奇谍战剧《代号九耳犬》饰演武藤杏子 ，凭借该剧在2014年广西地区观众票选中，万美汐获得“最受观众欢迎女主角”奖 。

2013年，在佟丽娅、文梦洋主演的都市爱情轻喜剧《80婚约》中饰演赵静。在曾黎、田征主演的都市情感剧《妻子不设防》中饰演徐妮。

2015年10月30日，参演的灵异悬疑恐怖剧《灵魂摆渡2》在爱奇艺平台首播，在《君再来》单元中饰演舞女大雪。

2016年，参演古装传奇剧《大清江山之龙胆花》 ；3月，与北京二十一世纪威客传媒签约 ；同年在古装权谋剧《锦绣未央》中饰演端庄大气的皇后 。

2017年1月2日，参演的古装武侠言情剧《孤芳不自赏》在湖南卫视播出 ；同年出演丁黑执导的年代情感剧《那年花开月正圆》，在剧中饰演大反派三婶 。

2020年2月21日，参演的都市剧《安家》播出 。