二零零四年，孟霞的演艺生涯正式拉开帷幕，她在刘仕裕导演执导的民国背景轻喜剧《春蚕织梦》中出演了女孩董秀莲一角。次年，她担纲主演，在刘江导演的都市商战题材电视剧《局中局》里塑造了慈爱而淳朴的农村姑娘小芳的形象。时间来到二零零八年十一月，她参与了管虎导演的作品《外乡人》，该剧聚焦于外乡人在上海这座大都市的奋斗历程，孟霞在其中勇于突破自我，成功诠释了一名吸毒女性的复杂角色。二零零九年六月，她出演了由吴子牛执导、描绘中国红军战斗历史的影视剧《红七军》，在剧中扮演了部队卫生员罗美秀；同年十月，她加入了由于小伟、刘孜主演的励志情感剧《秋霜》的拍摄工作；此后不久，她又主演了管虎执导、迟蓬与马少骅共同出演的战争剧《沂蒙》，生动演绎了那位被称为“红嫂”的善良女性心甜。 二零一零年六月，为纪念辛亥革命一百周年，她出演了献礼影片《大汉口》，在片中饰演老三陆修远的妻子唐瑛；八月，她在董勇、韩雪主演的家庭情感剧《家之门》中，化身为男主角赵一民的初恋女友韩雪；十月，她主演了国内首部聚焦吴桥杂技艺人艰辛创业历程的电视剧《闯天下》，饰演了杂技团中精明能干又充满人情味的老板娘高凤兰。二零一一年五月，她与白冰、张默合作，共同主演了一部清纯偶像风格的古装宫廷剧《凰图腾》，在剧中挑战了阴险毒辣的皇后一角；七月二十九日，她主演的喜剧电影《像小强一样活着》正式登陆院线上映；八月，她在叶诏仪执导的穿越题材古装神话剧《狐仙》里，饰演了追魔人家族的继承者严雨生。 二零一二年五月，她出演了刘新执导、林永健与陈数联袂主演的都市轻喜剧《天真遇到现实》，在剧中扮演了性格泼辣的野蛮女友阿曼达；十月，她与刘威、徐筠共同主演了抗战励志剧《黄金背后》（该剧原名《黄金劫》），饰演西北军阀的千金小姐门正清，这个角色表面上是报社主编的妻子，实则是一名潜伏的中共地下工作者；十二月，她参演了由钟汉良、贾青主演的金庸武侠剧《天龙八部》，在剧中化身为“四大恶人”之一、虚竹的生母叶二娘。二零一三年三月，她与苗圃、赫子铭携手，主演了一部年代抗战剧《罗龙镇女人》，在剧中诠释了性格泼辣耿直、行事大气豪迈的奇女子朝天椒。 二零一四年，她在林晓丽执导的剧情电影《生死船票》中，饰演了朝奉金桂荣的红颜知己林小姐。二零一五年五月九日，她受邀出席了第二十二届北京大学生电影节的闭幕式暨颁奖典礼。二零一七年七月，她参演的电影《沂蒙红嫂俺的娘》顺利完成拍摄工作；八月九日，她出演了由杨议执导的品牌系列喜剧《杨光那些事----艺人》，在剧中扮演曲艺艺术表演者姚琳。同年，她还出演了一部文化扶贫主题电视剧《温暖的村庄》，在剧中饰演的夏美兰是村里的妇女主任，性格强势且多才多艺。二零一八年，她在杨真执导的农村题材轻喜剧《遍地书香》中出演李佳彩一角，将这个人物的刁钻泼辣与内在的可爱善良演绎得淋漓尽致，形象十分生动。同样在二零一八年，她出演了由高一功执导、赵冬苓编剧的电影《梦想沂蒙》，在片中饰演了角色孟文婷。