1999年,袁泉参演首部电影《春天的狂想》,凭借扮演的周小玫一角获驼讲得第19届中国电影金鸡奖最佳女配角奖;同一年,参与演出首部话剧《梁祝》。
2000年,袁泉参演霍建起导演的电影《蓝色爱情》,凭借扮演的刘云一角获得第8届北京大学生电影节最佳女演员奖以及第21届中国电影金鸡奖最佳女主角提名。
2002年,袁泉参演电视剧《有情鸳鸯无情剑》、《旋涡》;同一年,凭借电影《美丽的大脚》获得第22届中国电影金鸡奖最佳女配角奖。
2003年,袁泉和夏雨、梁静合作参与演出电影《警察有约》。
2004年,袁泉参与演出王晶导演的电视剧《小鱼儿与花无缺》,扮演苏樱一角。
2005年,袁泉参与演出坑乐欠大型多媒体音乐话剧《琥珀》,该剧演出门票在香港三天内预售达到3000张,创下香港话剧的销售纪录;同一年,参演电影《上海伦巴》。
2006年,6月份,袁泉主演的话剧《电影之歌》举行全国巡演;10月份,赴北京参与话剧《暗恋桃花源》的彩排;11月份,在话剧《暗恋桃花源》中扮演温柔婉约的云之凡,并演唱主题曲《暗恋》。
2006年,袁泉参演电视剧《花之恋》。
2007年,3月份,袁泉凭借专辑《孤独的花朵》获得第十四届东方风云榜颁奖礼“最佳音乐录影带奖”;4月份,在北京王府井举行《孤独的花朵》音乐作品集签售会;5月份,入选“中国话剧百年名人堂”;11月份,获得2007大学生音乐节颁奖典礼年度最受欢迎女歌手奖。
2008年,1月份,袁泉获得新浪网络盛典年度内地女歌手奖;7月份,发行EP《台北》。
2009年,1月份,袁泉发行EP《ShortStay北京》;4月份,凭借专辑《ShortStay台北/冲绳》获得第九届音乐风云榜年度盛典最佳EP专辑奖;10月份,凭借电影《如梦》获得第46届台湾电影金马奖最佳女主角提名。
2010年,袁泉在《新京报》举行的“中国最美50人”评选中排名第29位。
2012年,袁泉参与演出电影《大上海》,在片中扮演一代京剧名伶叶知秋。
2013年,袁泉凭借话剧《简·爱》获得第26届中国戏剧梅花奖。随后,参演电影《扫毒》,在剧中扮演阿秋的妻子;同一年,参演电影《澳门风云2》,扮演小马妻。
2014年,袁泉参演电影《心花路放》;同一年,参演电影《黄金时代》。12月28日,和黄渤、倪大红等合作主演的谍战剧《锋刃》在央视一套播出。
2016年,袁泉参演赵薇导演作品《没有别的爱》;8月18日,参演的动作电影《危城》上映;12月16日,参演的电影《罗曼蒂克消亡史》上映。
2017年7月4日,袁泉主演的都市情感剧《我的前半生》首播,该剧由沈严执导,袁泉在剧中扮演了职场女强人唐晶一角。8月份,领衔主演由陈冲编剧执导笑迁戏欠的剧情片《英格力士》。10月26日,主演的交通救捞题材电视剧《碧海雄心》于山东卫视和央视播出。
2018年3月15日,袁泉袁泉凭借电视剧《我的前半生》中唐晶一角获得2018电泪盛微台视剧品质盛典“年度表演剧星”;同一年4月份,与陆毅合作参与演出了现实主义题材剧《风再起时》,剧中扮演女主角何晓莺。
2019年5月17日,袁泉和胡军合作参与演出的电影《音乐家》上映。同一年,袁泉加盟由乌尔善导演执导的电影《封神三部曲》,在片中喇驼迎扮演姜王后。9月30日,和张涵予、欧豪、杜江合作主演的传记灾难电影《中国机长》上映,片中扮演乘务长毕男。11月份,参演电视剧《庆余年》播出。12月20日,参与演出的都市律政剧《精英律师》在东方卫视、北京卫视首播,并在爱奇艺、腾讯视频埋骗府同步播出。
2020年,袁泉参与演出的由徐峥执导的电影《囧妈》于1月25日(大年初一)上线网络播出;6月10日,由简川訸执导,袁泉、雷佳音、张艺兴、贾乃亮等参与演出的正午阳光新剧《落花时节》开机拍摄;凭借电影《中国机长》,分别于9月和11月获得了第35届中国电影百花奖和第33届中国电影金鸡奖最佳女配角奖;12月28日,参演的电视剧《流金岁月》播出,在剧中扮演戴茜。
2021年3月8日,袁泉参演电影《1921》公布主要女演员阵容。7月9日,领衔主演抗疫题材电影《中国医生》。
袁泉人物评价
袁泉是个很用心的演员,不管是否有她的戏份,只要有排练,她准会到场。没有她戏的时候,她会在剧场边的椅子上蜷着看别人演。(孟京辉评)
她是一个很纯粹的演员,一直不断地在戏剧舞台上创作好的作品;她真心的热爱舞台艺术也因此推掉了许多影视剧。(黄渤评)
袁泉在事业上是一位成功的演员,在生活中她是一位充满爱心的女性,成功与爱心并重使她气质独特。(新浪网评)
袁泉的性格并不像是一个人们传统概念中的演员。她羞涩安静,和生人相处时可能会一天不说话,就像是人们常说的那种邻家女孩。在星光灿烂的领奖台上,她干净清爽,反而与众不同。(中国新闻网评)