在2002年，原子飞与朱珠、何莲、王笑共同组建了名为“中国辣妹”的流行演唱组合，并担任了组合的队长职务。同年，组合推出了首张音乐专辑《爱情DJ》，正式开启了她的演艺生涯。到了2004年，她随组合登上了中央电视台春节联欢晚会的舞台，精彩演绎了歌曲《点击春天》，获得了广泛的关注。2007年，她参与了组合EP歌曲《功夫小妞》的发行，并同时推出了个人歌曲《忘记说爱我》。然而在2008年，由于成员各自家庭原因的影响，中国辣妹组合最终无奈解散；同年12月，原子飞发行了个人首支单曲《荣誉》，标志着其个人音乐活动的全面展开。2009年，她推出了个人首张专辑《霏爱不可》，这张专辑由台湾知名音乐人曹登昌、黄雨勋等人联手精心打造，其中收录了包括《爱渐渐离开》在内的多首作品；也在同一年，她与演员杜淳、薛佳凝合作，出演了情感剧《租个女友回家过年》，在剧中饰演了国际知名模特佟洁一角；随后在7月，她发行了与歌手冷中易共同对唱的情歌作品《给我你的爱》。2010年10月，她推出了专辑《花花世界》，这张专辑在颇具影响力的G-music排行榜上取得了第五位的佳绩。2011年，她发行了歌曲《传奇》，这首作品实际上是翻唱自天后王菲曾经演绎过的经典曲目《传奇》。 2015年11月，她为电视剧《芈月传》演唱了原声音乐《芈月传》和《繁花》；同年12月，她客串出演的网络喜剧《废柴兄弟3》正式播出；紧接着在12月24日，她参演的电视剧《抗倭英雄戚继光》于中央电视台综合频道播出。进入2016年，3月，她与杨森、张德晖联合主演的悬疑题材电影《灵异手术》上映，她在片中饰演了医生苏小琴；6月，她推出了个人单曲《你说你要去流浪》；7月2日，她参演的电视剧《风云年代》在中央电视台电视剧频道播出；7月29日，她与闫鹏、张小溪联袂主演的网络电影《嫌疑人Z》上映，她在片中挑战了骗子头目的角色；8月，她发行了与胡译仁对唱的歌曲《如果有两个你》；9月30日，由其主演的另一部悬疑电影《嫌疑人Z之纵欲迷情》上映，她在片中饰演了男主角海墨的妻子；11月28日，她发行了单曲《我想一生跟你走》；12月，原子飞凭借其出色的表现，荣获了第2届SSTV时尚电视台时尚春晚颁发的SSTV时尚演员金奖。2017年1月10日，原子飞携手音乐人老猫共同发行了单曲《吉祥飞舞》；同年7月，她发行了歌曲《说好一起到白头》。 2018年1月，原子飞获得了第2届中央电视台社会与法频道《美丽的平凡》颁发的优秀演唱歌手证书；2月27日，她发行了电视剧《利刃出击》的主题曲《正义守望》；同年12月，她携手歌手秦勇发行了单曲《再见2018》。2019年，她为动画电影《天池水怪》演唱的主题曲《星月传说》正式上线；8月7日，她与歌手笑天共同发行了单曲《轰轰烈烈爱一场》；同年，她主演的院线电影《疯狂一家秀》的主题歌《疯狂一家亲》也相继上线；11月，她发行了纪念自己出道十年的特别专辑《在路上》。2021年，她出演的院线电影《玛纳斯人之失落的秘境》正式定档，于2021年4月30日在全国范围内公映。
二零一零年五月，原子飞参与了主题为“大手牵小手”的慈善拍卖活动，该活动旨在为脑瘫孤儿筹集救助资金；同年八月，她应中央电视台邀请，加入了“手挽手——留守儿童进世博”这一大型公益项目，与师弟刘晏辰共同以“爱心特使”的身份全程陪伴留守儿童，助力他们参观世博会、感受社会关怀。在个人事业方面，原子飞于二零一六年五月九日出席了“你好童年”爱心公益活动，致力于关注儿童成长与福祉；随后在八月，她又现身“2016天使的梦”公益盛典，支持各类慈善项目；同年八月十六日，她还参加了时尚电视台全球开播大典慈善夜，借助时尚与媒体的平台传递爱心。二零一七年一月七日，原子飞来到北京市残联康复中心，在新年音乐会上为孤独症儿童带去温暖与欢乐。二零一九年十一月九日，由应急管理部与中央广播电视总台联合制作的大型特别节目《中国骄傲》于央视社会与法频道及央视综合频道同步播出，作为影视歌多领域发展的艺人，原子飞与歌手张赫宣一同受邀登台，现场献唱了歌曲《追梦的光彩》，以艺术表演的形式传递了节目的公益主题与社会关怀。
在一系列风格鲜明的写真作品中，原子飞展现了其多面的魅力。其中一组镜头里，她身着一袭设计感十足的黑色连衣裙，整体造型气场强大，不仅大方展现出修长优美的腿部线条，更以飘逸的长卷发搭配若隐若现的黑纱裙摆，营造出既美艳又动人的视觉印象。而在另一组风格迥异的写真中，她则换上了纯净的白色上衣与经典黑白格子裙的搭配，瞬间转变为温柔文艺的清新风格，简约的丸子头造型更添几分干净与清爽，整体氛围恬静而优雅。 在音乐领域，原子飞以其清纯且甜润的独特嗓音著称，温婉优雅的个人气质自然地融入她的歌声之中。她能够游刃有余地驾驭多种不同风格的歌曲作品，并在每一次演绎中注入自己的理解与情感，从而鲜明地彰显出属于她个人的艺术特色。 在影视表演方面，原子飞同样展现了深厚的角色塑造能力。在电视剧《风云年代》中，她饰演了宋美龄的机要秘书“施洋”一角。她凭借对角色丰富内在个性的深入挖掘和层次分明的精彩演绎，成功诠释了一位身处特殊历史时期、居于男人背后却胸怀广阔大爱、兼具智慧与气度的知识女性形象。她将这位身居政府要职，同时内心充满大爱与柔情的新时代智慧女性刻画得精准而到位，令人印象深刻。而在电视剧《抗倭英雄戚继光》中，原子飞则呈现了另一种截然不同的角色面貌。她以柔软温存的话语和极其柔媚的外表示人，但角色性格深处却蕴藏着不容忽视的坚毅与直率特质，塑造了一位正义感十足、内外反差鲜明的生动人物。