Aunque comenzó actuando en 1982 junto con su padre Jon Voight, se le atribuye como debut oficial su papel en la película Cyborg de 1993. La primera interpretación principal que hizo fue en la película Hackers de 1995. En 1997 actuó en la polémica película George Wallace. Interpretó a un personaje principal en el filme para televisión GIA en 1998. Su reconocimiento mundial comenzó a desarrollarse después de que ganara un premio Óscar como mejor actriz de reparto en 2000 gracias a su trabajo en la película Inocencia interrumpida.
| Año | Película | Papel |
|---|---|---|
| 1982 | Lookin' to Get Out | Tosh |
| 1993 | Cyborg 2 | Casella "Cash" Reese |
| 1995 | Sin pruebas | Jodie Swearingen |
| 1995 | Hackers | Kate "Acid Burn" Libby |
| 1996 | La luna del desierto | Eleanor "Elie" Rigby |
| 1996 | Jóvenes incomprendidas | Margret "Legs" Sadovsky |
| 1996 | Love Is All There Is | Gina Malacici |
| 1997 | True Women | Georgia Virginia Lawshe Woods |
| 1997 | Playing God | Claire |
| 1997 | George Wallace | Cornelia Wallace |
| 1998 | Jugando con el corazón | Joan |
| 1998 | La cocina del infierno | Gloria McNeary |
| 1998 | Gia | Gia Marie Carangi |
| 1999 | Inocencia interrumpida | Lisa Rowe |
| 1999 | El coleccionista de huesos | Amelia Donaghy |
| 1999 | Pushing Tin | Mary Bell |
| 2000 | 60 segundos | Sara "Sway" Wayland |
| 2001 | Pecado original | Julia Russell |
| 2001 | Lara Croft: Tomb Raider | Lara Croft |
| 2002 | Una vida en siete días | Lanie Kerrigan |
| 2003 | Más allá de las fronteras | Sarah Jordan |
| 2003 | Lara Croft Tomb Raider: La cuna de la vida | Lara Croft |
| 2004 | Alejandro Magno | Olimpia |
| 2004 | El espantatiburones | Lola |
| 2004 | Sky Captain and the World of Tomorrow | Francesca "Franky" Cook |
| 2004 | Taking Lives | Illeana Scott |
| 2005 | Sr. y Sra. Smith | Jane Smith |
| 2006 | El buen pastor | Margaret Russell |
| 2007 | Beowulf | Madre de Grendel |
| 2007 | Un corazón invencible | Mariane Pearl |
| 2008 | El Intercambio | Christine Collins |
| 2008 | Kung Fu Panda | Maestra Tigresa |
| 2008 | Wanted | Fox |
| 2010 | El turista | Elise Clifton-Ward |
| Año | Película | Papel |
| 2010 | Salt | Evelyn Salt |
| 2011 | En la tierra de sangre y miel | Directora-guionista |
| 2011 | Kung Fu Panda 2 | Maestra Tigresa |
| 2014 | Maléfica | Maléfica |
| 2014 | Unbroken | Directora-guionista |
| 2015 | By the Sea | Directora - Protagonista (Vanessa Bertrand) |
| 2016 | Kung Fu Panda 3 | Maestra Tigresa |
| 2017 | Primero mataron a mi padre | Directora - Productora - Guionista |
| 2017 | The Breadwinner | Productora Ejecutiva |
| 2019 | Maléfica: Dueña del mal | Maléfica |
| 2020 | Come away | Rose Littletone |
| 2021 | Eternals | Thena |
| 2021 | Aquellos que desean mi muerte | Hannah |
Interpretó el personaje del videojuego Tomb Raider, Lara Croft, en la película homónima, y gracias al éxito taquillero del filme, desde entonces obtuvo fama internacional y es considerada como una de las actrices mejor pagadas en Hollywood. Actuó como Jane Smith, en la película de acción y comedia Sr. y Sra. Smith, junto a Brad Pitt. Su mayor éxito comercial fue Kung Fu Panda, que a su vez fue producida por la empresa Dreamworks y dirigida por el cineasta Mark Osborne.
En agosto de 2003, fue nombrada Embajadora de Buena Voluntad de ACNUR por su compromiso y trabajo humanitario y desde entonces ha visitado, cumpliendo su mandato, más de 40 zonas de especial importancia, entre ellas Libia, Bosnia, Haití, Congo, Siria o Irak denunciando de manera especial la violencia sexual contra las mujeres en las guerras.
