2003年，还是一名学生的袁菲便出演了个人的首部影视剧作品，她与陈小艺、林晓凡合作主演了时代情感剧《因为有你》 。

2006年，袁菲与郭德纲、侯耀华、闫学晶合作主演了百集情景喜剧《小房东》，并在剧中饰演了美丽姑娘水灵 ；同年，袁菲还参演了根据金庸先生同名小说改编的武侠情仇剧《碧血剑》。

2007年，袁菲出演了个人的大银幕处女作，她在与迟佳搭档主演的商战剧情片《商谍》中饰演了女主角曾倩 ；同年，袁菲还与李欣蔓搭档主演了都市剧情片《柏拉图之梦》，并在片中饰演了命运多舛的女主角云嫣 。

2008年，袁菲与段奕宏、张译、李晨合作主演了根据同名小说改编的抗战传奇剧《我的团长我的团》，并在剧中饰演了敢爱敢恨的苦难女孩陈小醉 ，袁菲也凭借此角色获得了娱乐星锐榜影视十佳新锐奖 、以及第15届上海电视节最具潜力女演员提名 。

2009年，袁菲与欧阳震华、张嘉倪等艺人共同出演了古装神话单元剧《天师钟馗之血色鸳鸯》，并在剧中饰演了亦正亦邪的蜘蛛精秋艳 ；之后，袁菲又与孙涛、孙锂华合作主演了根据同名文集改编的戏曲题材剧情片《戏缘》；同年，袁菲还与乔振宇搭档主演了年代民俗片《腰鼓传奇》，并在片中饰演了鼓技高超的女主角潘杏 。

2010年1月，袁菲在与苑琼丹、戴娇倩、何晟铭合作出演的古装家庭喜剧《欢喜婆婆俏媳妇》饰演了侠女一窝蜂 ；同年7月，袁菲又与朱亚文、罗晋等演员共同出演了年代战争剧《远去的飞鹰》，并在剧中饰演了清纯靓丽的女大学生黎波 ；此外，袁菲还再次与郭德纲合作主演了古装情景喜剧《郭县令轶事》。

2011年，袁菲与姚刚、陈虹池、佟丽娅合作主演了家庭伦理剧《错恨》，并在剧中饰演了追求爱情梦想的美丽女孩田蜜 ；与郑国霖、李泰、衣珊共同出演了根据同名小说改编的古装商战剧《菊花醉》 ；之后，袁菲又在与张嘉译、赵纯阳、田小洁联袂主演的红色抗战剧《双枪李向阳之再战松井》中饰演了眼里不容一粒沙子的武工队得力干将阿巧 ；同年，袁菲还分别客串出演了年代悬疑剧《被遗弃的秘密》 ；都市家庭剧《宝贝战争》；此外，袁菲还与梁俊一搭档主演了都市剧情电影《随心所爱》，并在片中饰演了女主角美姬。

2012年，袁菲与黄觉、潘时七合作主演了谍战智斗剧《谍影迷城》 ，并在剧中饰演了阴险狡诈的日本女间谍明慧 ；随后，袁菲又在与陈乔恩、明道、罗晋合作出演的古装传奇剧《王的女人》中饰演了温婉典雅的乱世丽人云姜 ；同年，袁菲还与宁静、王学兵、富大龙共同出演了古装史诗剧《大秦帝国之纵横》，并在剧中本色饰演了简单随性的楚女项萌 ；此外，袁菲还在与万思维、王阳、张佳宁合作出演的都市情感剧《裸婚之后》中饰演了治愈系时尚女编辑妮娜 。

2013年，袁菲与张晓晨、张翰、单薇合作出演了惊险枪战剧《冷枪手》，并在剧中饰演了足智多谋的柔情女间谍苏粲然 ；同年11月，袁菲还与李菁、包贝尔、董维嘉共同出演了都市情感轻喜剧《大根的梦想生活》 。

2014年，袁菲与余少群、孙耀琦、惠英红等艺人共同出演了长篇古装传奇剧《隋唐英雄5》，并在剧中饰演了骁勇善战的郡主阮玉玲 ；同年，袁菲还在与众多艺人共同出演的清宫传奇剧《大玉儿传奇》中饰演了明艳动人又清丽温婉的后金第一美女多罗郡主 。

2015年，袁菲与蒋梦婕、黄维德、徐佳合作出演了当代都市情感剧《婚姻攻防战之爱要付出》，并在剧中饰演了痴情少女赵娜 ；同年，袁菲还在 时代剧《有一个地方叫马兰》中饰演了在戈壁上任劳任怨的小学教师林儒丫 。