從65438到0999，大學畢業生南羽在王全安執導的《月蝕》中飾演亞男，這是她的第壹部電影作品，並獲得了第四屆多維爾亞洲電影節“最佳女演員獎”。2001年，南羽受邀與《月蝕》壹起參加法國杜威國際電影節，並被法國星探選中出演法國商業電影《狂怒》。
2003年，再次出演了由執導的電影《嚇壞了》，在片中飾演壹個皮膚黝黑的農村女孩關，並獲得了第23屆中國電影金雞獎、第19屆巴黎國際電影節、第11屆北京大學生電影節和第1屆中國電影家協會最佳女演員獎。
2006年，精通英語和法語的南羽主持了在中國電影資料館舉辦的“讓·雷諾北京會議暨電影展”。我參演了好萊塢電影《權杖》、王小帥的新片《左右》和臺灣導演李蕓嬋的新片《基因決定我愛妳》。同年，南羽在王全安的第三部電影《圖雅的婚禮》中扮演圖雅。該片於2007年入圍柏林國際電影節競賽單元，並獲得最高榮譽金熊獎。南羽獲得了中國電影媒體獎、最佳女演員獎以及芝加哥國際電影節和迦太基國際電影節最佳女演員獎。
2007年3月，南羽和吳鎮宇合作了《雙重食物》，在王全安電影《紡織女孩》中扮演壹名美食主持人。
2010，參演高執導的電影《西風烈》，飾演殺手。和壹群模特登上《Elle》，裸體出鏡，拍攝環保宣傳片。作為柏林國際電影節主競賽單元的評委，她成為繼鞏俐之後第二位擔任此職務的中國女演員。
2012，與黃波主演管虎導演的電影《殺生》，飾演壹個寡婦，並與黃波有壹場大型激情戲。同年，他參演了由美國千禧影業和樂視影業聯合出品的《敢死隊2》，主演包括史泰龍、施瓦辛格、李連傑、傑森·斯坦森和布魯斯·威利斯等好萊塢動作明星。南羽飾演幫助布魯斯·威利斯的中國女科學家瑪吉。
2013他參演了陳思誠的電影處女作《北京愛情故事》，飾演張磊。
2013擔任第60屆柏林國際電影節、16上海國際電影節、12釜山國際電影節評委，主演電影《全民見證》《無人區》。
2014主演徐克執導的電影《智取威虎山3D》；2015主演中國首部3D動作戰爭電影《戰狼》。
2015浪漫喜劇《愛我就和我壹起去看電影》於4月30日上映。8月，由夏剛執導，南羽、王千源、南等主演的高質量懸疑愛情電影《月色撩人》在廣東東莞緊張拍攝中。