2007-2012: Robbie na předávání cen Logie 2011

Robbie se profesionálně věnuje herectví od roku 2007, kdy hrála ve filmech JIP a Vigilante. Poté, co svým výkonem během konkurzu zapůsobila na režiséra, získala hlavní roli ve filmu I.C.U., aniž by v té době měla agenta. Robbie hrála také v reklamách a hostovala ve filmech The Elephant Princess jako Juliet a City Homicide jako Caitlin Brentford. Od června 2008 se Robbie začala objevovat v seriálu Neighbours jako Donna Freedmanová. Tato postava byla původně pouze hostující rolí, ale brzy byla povýšena na stálou členku obsazení. V rozhovoru pro Digital Spy Robbie uvedla, že krátce po konkurzu odjela se svým přítelem na snowboardovou dovolenou do Kanady, ale musela se vrátit už po dvou dnech, když jí bylo oznámeno, že roli získala.

Na začátku roku 2009 se Robbie objevila v různých propagačních akcích Network Ten, kde vystupovala sestava populárních australských tváří této sítě. V červenci 2009 obsadila místo hosta „Generace Y“ v pořadu Talkin‘ ‚Bout Your Generation společnosti Network Ten. Robbie se také stala vyslankyní mládeže pro pohřešované osoby v rámci Národního týdne mládeže. Ve stejném roce byla Robbie nominována na nejoblíbenější nový ženský talent v rámci Australian Logie Awards. Byla také nominována na cenu Favorite Hottie na Nickelodeon Kids Choice Awards a soupeřila se svým kolegou ze seriálu Neighbours Deanem Geyerem. V září 2010 Robbie oznámila, že po téměř třech letech opustí seriál Neighbours a bude se věnovat herecké kariéře v Hollywoodu. Její poslední scény byly odvysílány 26. ledna 2011 a v dubnu téhož roku byla Robbie nominována na cenu Logie Awards za nejoblíbenější herečku.

Po příjezdu do Los Angeles na pilotní sezónu se Robbie zúčastnila konkurzu do nové série Charlieho andílků. Producenti ze Sony Pictures Television jí však dali přednost pro roli v dramatickém seriálu stanice ABC Pan Am po boku Christiny Ricci. Robbie získala roli Laury Cameronové, nově vyškolené letušky. Seriál Pan Am byl po jedné sezóně zrušen kvůli klesající sledovanosti, přestože se mu dostalo pozitivních recenzí od kritiků.

2013-2016: Robbie se připojil k obsazení romantické komedie Richarda Curtise About Time (2013) po boku Domhnalla Gleesona, Rachel McAdams a Billa Nighyho. Film About Time byl uveden do kin ve Velké Británii 4. září 2013 a ve Spojených státech 1. listopadu 2013. Film získal pozitivní recenze a při produkčním rozpočtu 12 milionů USD vydělal 87 milionů USD. Mezinárodní průlom pro Robbie přišel, když byla obsazena do filmu Martina Scorseseho Vlk z Wall Street do role Naomi Belfortové, manželky hlavního hrdiny Jordana Belforta (hraje ho Leonardo DiCaprio). Film sklidil pozitivní recenze a stal se komerčně úspěšným s celosvětovým výdělkem 392 milionů dolarů, což z něj učinilo Scorseseho nejvýdělečnější film. Film byl následně nominován na pět Oscarů, včetně ceny za nejlepší film. Kritika ocenila Robbieho výkon zejména za jeho brooklynský přízvuk. Kritik Sasha Stone napsal: „Je to Scorseseho nejlepší objev blonďaté sexbomby od dob Cathy Moriarty ve filmu Zuřící býk. Robbie je zábavná, tvrdá a zabíjí každou scénu, ve které se objeví.“ Získala nominaci na MTV Movie Award za nejlepší průlomový výkon a vyhrála Empire Award za nejlepšího nováčka. V roce 2014 Robbie založila vlastní produkční společnost LuckyChap Entertainment.

Robbie na Comic-Conu v San Diegu 2015

V roce 2015 si Robbie zahrála po boku Willa Smithe v romantickém komediálním dramatu Focus. Ve filmu hraje nezkušenou podvodnici, která se učí řemeslu od Smithovy postavy. Film byl uveden do kin 27. února 2015 a dočkal se vesměs smíšených recenzí. Robbieho výkon byl však chválen. Peter Travers z časopisu Rolling Stone napsal: „Robbie je wow a ještě něco navíc. Australská herečka, která nás přiměla usednout a zpozornět jako manželka Leonarda DiCapria ve Vlkovi z Wall Street, ukazuje komediální talent podpořený krásou a ocelí. I když Focus tápe, Robbie rozdává vítězné karty.“ Film Focus vydělal celosvětově přes 150 milionů dolarů. V roce 2015 získal Robbie nominaci na cenu BAFTA Rising Star Award. V roce 2015 si Robbie rovněž zahrála hlavní roli Ann Burdenové ve filmové adaptaci Z for Zachariah s Chrisem Pinem a Chiwetelem Ejioforem, která se natáčela na Novém Zélandu. Film měl premiéru 24. ledna 2015 na filmovém festivalu Sundance a do kin byl uveden 28. srpna 2015 a sklidil pozitivní recenze. Robbieho výkon byl kritiky chválen. Drew McWeeny ze serveru HitFix prohlásil: „Robbie se zde etablovala jako jedna z nejlepších současných hereček ve svém věku.“

Robbie se objevila ve speciálním dokumentárním filmu k 30. výročí seriálu Neighbours s názvem Neighbours 30th: Hvězdy se znovu setkávají, který se vysílal v Austrálii a Velké Británii v březnu 2015. Objevila se také ve filmu Suite Française (2015) po boku Michelle Williams, Kristin Scott Thomas a Matthiase Schoenaertse, adaptaci románu Irène Némirovsky. Film získal pozitivní recenze. Robbie si zahrála epizodní roli v komediálním dramatu Adama McKaye The Big Short, uvedeném do kin 11. prosince 2015.

Robbie si zahrála společně s Tinou Fey ve filmu Whiskey Tango Foxtrot, filmové adaptaci The Taliban Shuffle. Hraje zde Tanyu Vanderpoelovou, britskou televizní novinářku. Ve filmu dále hrají Martin Freeman a Alfred Molina a byl uveden do kin 4. března 2016 společností Paramount Pictures. Ještě téhož roku si Robbie zahrála roli Jane Porterové ve filmu Davida Yatese Legenda o Tarzanovi po boku Alexandra Skarsgarda, Samuela L. Jacksona a Christopha Waltze. Film byl uveden do kin 1. července 2016. Třetí Robbieho rolí v roce 2016 byla Harley Quinn ve filmu o superpadouších z DC Comics Suicide Squad společnosti Warner Bros. v rámci hereckého ansámblu, který tvoří Will Smith, Jared Leto, Viola Davis a Joel Kinnaman. Hlavní natáčení začalo 13. dubna 2015 a film byl uveden do kin 5. srpna 2016. Zatímco film byl celkově přijat špatně, Robbieho výkon v roli Quinn byl široce chválen. Dne 1. října 2016 Robbie uváděla premiéru 42. sezóny pořadu Saturday Night Live, jejímž hudebním hostem byl The Weeknd. Měla namluvit postavu ve filmu společnosti DreamWorks Animation s názvem Larrikins, ale z projektu nakonec sešlo.

2017-současnost: Robbie si v roce 2017 zahrála po boku Domhnalla Gleesona ve filmu Sbohem, Kryštůfku Robine jako Daphne de Sélincourt, manželka spisovatele A. A. Milnea. Dále ztvárnila americkou krasobruslařku Tonyu Hardingovou ve filmu Já, Tonya režiséra Craiga Gillespieho. Ty Burr v recenzi pro deník The Boston Globe napsal: „Robbie je vyšší a větší než drobná a divoká Hardingová, ale má sportovkynin tah dopředu i hněv, který jako by poháněl její dynamo, a když život podává Tonye citrony, Robbie nastaví čelist a snese se na zem.“ Za ztvárnění Hardingové byla Robbie nominována na Zlatý glóbus pro nejlepší herečku – filmová komedie nebo muzikál a na Oscara pro nejlepší herečku. Byla první herečkou nominovanou na Oscara za ztvárnění skutečné olympijské sportovkyně. V témže roce ji časopis Time zařadil mezi 100 nejvlivnějších lidí světa a časopis Forbes ji zařadil na seznam 30 pod 30.

V roce 2018 Robbie namluvila postavu králíčka Flopsy v animovaném/hraném filmu Králíček Petr, adaptaci knižní série Beatrix Potterové. Poté si zahrála v thrilleru Vaughna Steina Terminál v roli Annie. Poté se objevila v epizodní roli Audrey ve filmu Řbitov zviřátek a ztvárnila královnu Alžbětu I. ve filmu Marie, královna skotská, po boku Saoirse Ronan jako Marie Stuartovna. David Sims z časopisu The Atlantic odmítl posledně jmenovaný film jako „lacinou telenovelu“, ale napsal, že „i při malém množství času na plátně se jí podařilo zprostředkovat skutečný pocit nelibosti nad Mariiným statusem tradičnější královny“. Získala nominace na ceny BAFTA a Screen Actors Guild Awards za nejlepší herečku ve vedlejší roli.

Robbie se svými hereckými kolegy z filmu Tenkrát v Hollywoodu Bradem Pittem (vlevo) a Leonardem DiCapriem v roce 2019

Robbie zahájila rok 2019 hlavní rolí femme fatale ve filmu Dreamland, dobovém kriminálním thrilleru zasazeném do období Dust Bowl 30. let 20. století, který také produkovala. Poté souhlasila se ztvárněním herečky Sharon Tateové v komediálním dramatu Quentina Tarantina Tenkrát v Hollywoodu s Leonardem DiCapriem a Bradem Pittem v hlavních rolích, a to kvůli své touze spolupracovat s Tarantinem. V rámci příprav si přečetla autobiografii Roman by Polanski od Romana Polanského, který byl manželem Tateové. Peter Bradshaw z deníku The Guardian uvedl, že navzdory nedostatku ženských rolí ve filmu „Robbie podává sympatický obraz Tateové“, zatímco Robbie Collin z deníku The Telegraph považuje sekvenci, v níž Tateová sleduje svůj vlastní výkon v kině, za „nejrozkošnější“ scénu filmu. Působila také jako výkonná producentka komediálního seriálu Dollface společnosti Hulu. V témže roce ji časopis Forbes zařadil na osmé místo nejlépe placených hereček na světě s ročním příjmem 23,5 milionu dolarů a magazín The Hollywood Reporter ji zařadil mezi 100 nejvlivnějších lidí v zábavním průmyslu.

Robbie si zahrála Kaylu Pospisilovou, kompozitní postavu založenou na několika zaměstnancích Fox News, v dramatu Bombshell (2019), které se soustředí na příběhy různých pracovnic zpravodajské stanice a jejich oznámení o sexuálním obtěžování ze strany předsedy stanice Rogera Ailese. V rámci příprav si vytvořila falešný účet na Twitteru, na němž sledovala mladé konzervativní ženy, a sledovala videa Katherine Harrisové, podle níž vytvořila přízvuk své postavy. Owen Gleiberman z Variety si všímal zejména „mučivé scény“, v níž je Pospisilová sexuálně obtěžována, a Robbieové připsal k dobru, že „nás nechala pocítit agónii tlakového hrnce toho, co se v ní odehrává .“ Podobně Manohla Dargisová z The New York Times uvedla, že „je to právě Robbieová – se svýma panickýma, těkajícíma očima a napjatě vzdorující, posléze kapitulující tělesností – kdo zprostředkovává hrůzu sexuálního obtěžování, degradaci, která prosakuje do těla i duše“. Za své výkony ve filmech Tenkrát v Hollywoodu a Bombshell získala dvě nominace na cenu BAFTA a za druhý jmenovaný film byla nominována také na Oscara za nejlepší ženský herecký výkon ve vedlejší roli, Zlatý glóbus za nejlepší ženský herecký výkon ve vedlejší roli – film a Screen Actors Guild Award za vynikající ženský herecký výkon ve vedlejší roli.

Robbie zahájila nové desetiletí dramatickým thrillerem Nadějná mladá žena (2020) v režii Emeralda Fennella s Carey Mulligan v hlavní roli. Poté, co v roce 2015 předložila společnosti Warner Bros. nápad na film o Harley Quinn s týmem Birds of Prey, strávila tři roky vývojem projektu pod svou produkční společností. Film s názvem Birds of Prey v režii Cathy Yan byl uveden do kin v roce 2020 a sklidil pochvalné kritiky. Leah Greenblattová z časopisu Entertainment Weekly chválila Robbie za to, že hraje Quinnovou se „závratnou směsicí zběsilé psí bezohlednosti a dívčí radosti.“

Příští projekty

Robbie si příště zopakuje roli Quinnové ve filmu Sebevražedný oddíl a svou hlasovou roli králíčka Flopsyho ve filmu Králíček Petr 2: Útěk. Zavázala se hrát a produkovat adaptaci thrillerového románu Matta Ruffa Bad Monkeys a ztvárnit pannu Marian v připravovaném životopisném filmu. Zahraje si také ve válečném thrilleru Justina Kurzela Ruin, v hraném filmu Barbie, na jehož scénáři se podílejí partneři Greta Gerwig (také režíruje) a Noah Baumbach, a v zatím nepojmenovaném dramatu Davida O. Russella s Christianem Balem v hlavní roli. Robbie se také ujme hlavní role v rebootu filmové série Piráti z Karibiku. Robbie si zahraje v dalším celovečerním filmu Damiena Chazella Babylon po boku Brada Pitta.