2005年，周庭伊以主持人身份出道演艺圈；此后，周庭伊相继担任了香港华娱卫视、上海电影频道、北京卫视等多家电视台的娱乐和综艺节目主持人；同年，周庭伊还出演了个人的首部电影作品 ，她与林心如、汤唯、韩彩英合作出演了中韩合拍的都市言情片《北京之恋》。

2006年，周庭伊又出演了个人的首部电视剧作品，她与周楚楚、姚美伊、严敏求共同出演了女性情感剧《情系半边天》

2007年，周庭伊与孙路阳、杜波、易燃合作主演了古玩情景喜剧《大众古玩店》。之后三年周庭伊继续在主持届发展并担任了多个卫视频道的音乐娱乐类节目主持人。

2010年，周庭伊在一次访谈类节目中结识了电视剧导演尤小刚并受其提携；在随后与马景涛、邬靖靖、马德钟联袂出演的历史传奇剧《西施秘史》中饰演了高贵端庄且绵里藏针的王后春蝶，周庭伊也凭借此剧将个人的演艺重心正式转向影视领域发展；同年，周庭伊又与俞灏明、石筱群、徐箭合作出演了爱情励志剧《8090向前冲》，剧中周庭伊饰演了温柔知性且善解人意的职场白领唐姐；此外，周庭伊还与钟欣桐、陈浩民、王姬共同出演了古装探案剧《大唐女巡按》。

2011年，周庭伊与马德钟、孙耀威、孙菲菲合作主演了谍战爱情剧《内线前传》，并在剧中饰演了敢爱敢恨且美丽率真的俏千金李婉。

2012年，周庭伊在与张若昀、吴婷、陈奕龙共同出演了都市爱情剧《恋歌》中饰演了漂亮时尚的任莎莎同年，周庭伊还出演了浙江卫视定制栏目剧《梦想新生活》 。

2013年，周庭伊与王耀庆、迟帅、舒畅合作出演了清宫传奇剧《乾隆秘史》。

2014年，周庭伊与陈键锋、李依晓、张倬闻等人共同出演了根据古典小说《封神演义》改编的古装神话传奇剧《封神英雄》；同年，周庭伊还与朱雨辰、王力可、王斑合作主演了国内首部反恐特战剧《反恐特战队》，并在剧中饰演了柔美大度的“软妹子”柳诗文，而周庭伊则凭借在剧中的不俗表现获得了第6届澳门国际电视节最佳新人奖。

2016年，周庭伊出演了《反恐特战队之猎影》、《忍冬艳蔷薇》。

2018年，周庭伊继续出演《反恐特战队之天狼》。

2019年，周庭伊凭借出演《反恐特战队之天狼》热血女王宋安琪一角，一举摘得第10届澳门国际电视节最佳女配角。