倪妮饰演的年轻女演员喵喵，是一个古灵精怪，独立特别的女孩，故事中开着兰博基尼的“富二代”几次对喵喵“示爱”，甚至说要“包养”喵喵，都被其拒绝，而让“富二代”吃醋眼红的是，冯绍峰饰演的广告公司小白领蒋亮亮，住着筒子楼，开着小破车，典型的“屌丝男”，却阴差阳错“包”了喵喵。
2011年参演由
张艺谋导演的电影《
金陵十三钗》，饰演女主角
玉墨，从而进入演艺圈，并凭借此片获得
第6届亚洲电影大奖最佳新演员奖、第7届华语青年影像论坛年度新锐女演员奖、第十二届华语电影传媒大奖最受瞩目女演员奖和第21届
上海影评人奖最佳女演员奖。
2012年与
刘烨合作主演电影《
杀戒》。2013年1月与
杨幂、
Angelababy及
刘诗诗一同入选成为“
新四小花旦”。同年10月与
冯绍峰合作主演的电影《我想和你好好的》上映。同年12月31日倪妮饰演女主角“程羽蒙”的电影《
等风来》上映。2014年出演电影《
匆匆那年》和中国版《
新娘大作战》的女主角。同年12月5日《
匆匆那年》上映，中国内地票房5.8亿，加上《
金陵十三钗》中国内地票房6.086亿，倪妮出道短短三年已拥有两部作为第一女主角票房过五亿的电影代表作。
2015年倪妮出演由
吕克·贝松编剧并监制的中法合拍3D动作奇幻电影《
勇士之门》女主角。同年，倪妮与
奥斯卡影帝阿德里安·布洛迪合作主演由好莱坞导演
安迪·坦纳特执导的爱情喜剧电影《曼哈顿爱情故事》。倪妮新电影《
新娘大作战》定档8月20日全国上映。