2007-2012: Robbie a 2011-es Logie Awards-on
Robbie 2007 óta színészkedik hivatásszerűen, ekkor szerepelt az ICU és az Önbíráskodó című filmekben. Miután egy meghallgatáson lenyűgözte a rendezőt az alakításával, akkor még ügynök nélkül nyerte el az I.C.U. főszerepét. Robbie reklámokban is szerepelt, valamint vendégszerepelt az Elefánthercegnőben Júliaként és a City Homicide-ban Caitlin Brentfordként. Robbie 2008 júniusától Donna Freedman szerepében kezdett el szerepelni a Szomszédok című sorozatban. A karakter eredetileg csak vendégszereplő volt, de hamarosan állandó szereplővé léptették elő. A Digital Spy-nak adott interjújában Robbie elmondta, hogy a meghallgatás után nem sokkal elment egy kanadai snowboardos nyaralásra a barátjával, de már két nap után vissza kellett térnie, amikor közölték vele, hogy megnyerte a szerepet.
2009 elején Robbie szerepelt a Network Ten különböző promócióiban, amelyekben a csatorna népszerű ausztrál arcainak együttesét mutatták be. 2009 júliusában ő töltötte be a Network Ten Talkin’ ‘Bout Your Generation című műsorának “Generation Y” vendégszereplését. Robbie az eltűnt személyek ifjúsági nagykövete is lett a Nemzeti Ifjúsági Hét keretében. Ugyanebben az évben Robbie-t jelölték a legnépszerűbb új női tehetségnek az ausztrál Logie Awards-on. A Nickelodeon Kids Choice Awards-on is jelölték a Legkedveltebb bombázó címre, és a Szomszédok sztárja, Dean Geyer ellenfele volt. 2010 szeptemberében Robbie bejelentette, hogy közel három év után elhagyja a Szomszédokat, hogy Hollywoodban folytassa színészi karrierjét. Utolsó jeleneteit 2011. január 26-án adták le, és még ugyanezen év áprilisában Robbie-t jelölték a legnépszerűbb színésznőnek a Logie Awards-on.
Miután Los Angelesbe érkezett a kísérleti évadra, Robbie meghallgatáson vett részt a Charlie angyalai új sorozatához. A Sony Pictures Television producerei azonban inkább az ABC Pan Am című drámasorozatában Christina Ricci mellett kapott szerepet. Robbie megkapta Laura Cameron, egy frissen kiképzett légiutas-kísérő szerepét. A Pan Am-et egy évad után törölték a csökkenő nézettség miatt, annak ellenére, hogy a kritikusoktól pozitív kritikákat kapott.
2013-2016: Áttörés
Robbie csatlakozott Richard Curtis About Time (2013) című romantikus vígjátékának szereplőgárdájához Domhnall Gleeson, Rachel McAdams és Bill Nighy mellett. Az About Time 2013. szeptember 4-én került a mozikba az Egyesült Királyságban és 2013. november 1-jén az Egyesült Államokban. A film pozitív kritikákat kapott, és 12 millió dolláros gyártási költségvetésből 87 millió dolláros bevételt ért el. Robbie nemzetközi áttörését az hozta meg, amikor szerepet kapott Martin Scorsese A Wall Street farkasa című filmjében Naomi Belfort, a főszereplő Jordan Belfort (akit Leonardo DiCaprio alakít) feleségének szerepében. A film pozitív kritikákat kapott, és világszerte 392 millió dolláros bevétellel kereskedelmi siker lett, ami Scorsese legtöbb bevételt hozó filmjévé tette. A filmet később öt Oscar-díjra jelölték, köztük a legjobb filmnek járó díjra. Robbie alakítását a kritikusok különösen Brooklyn-i akcentusa miatt dicsérték. Sasha Stone kritikus azt írta: “Ő Scorsese legjobb szőke bombázó felfedezése Cathy Moriarty óta a Dühöngő bikában. Robbie vicces, kemény és minden jelenetét megöli”. A színésznőt jelölték az MTV Movie Awardson a legjobb áttörő alakításért, és elnyerte az Empire Awardson a legjobb újoncnak járó díjat. 2014-ben Robbie megalapította saját produkciós cégét, a LuckyChap Entertainmentet.
2015-ben Robbie Will Smith oldalán szerepelt a Fókusz című romantikus vígjáték-dráma filmben. A filmben egy tapasztalatlan szélhámost alakít, aki Smith karakterétől tanulja a mesterséget. A filmet 2015. február 27-én mutatták be, és általában vegyes kritikákat kapott. Robbie alakítását azonban dicsérték. Peter Travers a Rolling Stone-tól azt írta: “Robbie egy wow, és még több is. Az ausztrál színésznő, aki Leonardo DiCaprio feleségeként A Wall Street farkasa című filmben Leonardo DiCaprio feleségeként figyelt fel ránk, szépséggel és acélossággal alátámasztott komikus érzéket mutat. Robbie még akkor is nyerő lapokat osztogat, amikor a Focus botladozik.” A Focus világszerte több mint 150 millió dolláros bevételt hozott. Robbie 2015-ben jelölést kapott a BAFTA Rising Star Awardra. Szintén 2015-ben Robbie játszotta Ann Burden főszerepét a Z mint Zachariah filmadaptációjában Chris Pine és Chiwetel Ejiofor oldalán, amelyet Új-Zélandon forgattak. A filmet 2015. január 24-én mutatták be a Sundance Filmfesztiválon, majd 2015. augusztus 28-án került a mozikba, és pozitív kritikákat kapott. Robbie alakítását a kritikusok dicsérték. Drew McWeeny a HitFix-től így nyilatkozott: “Robbie munkája itt megalapozza őt, mint korosztályának egyik legjobb színésznőjét napjainkban.”
Robbie szerepelt a Szomszédok 30. évfordulóját ünneplő, Szomszédok 30. című dokumentumfilmes különkiadásban: The Stars Reunite, amely Ausztráliában és az Egyesült Királyságban 2015 márciusában került adásba. Emellett Michelle Williams, Kristin Scott Thomas és Matthias Schoenaerts oldalán szerepelt a Suite Française (2015) című filmben, amely Irène Némirovsky regényének adaptációja. A film pozitív kritikákat kapott. Robbie cameo-szerepet vállalt Adam McKay The Big Short című vígjáték-drámájában, amelyet 2015. december 11-én mutattak be.
Robbie Tina Fey oldalán szerepelt a Whiskey Tango Foxtrot című filmadaptációban, amely a The Taliban Shuffle filmadaptációja. Tanya Vanderpoelt, egy brit televíziós újságírót alakít. A filmben Martin Freeman és Alfred Molina is szerepel, és 2016. március 4-én mutatta be a Paramount Pictures. Még ugyanebben az évben Robbie Jane Portert alakította David Yates The Legend of Tarzan című filmjében, Alexander Skarsgård, Samuel L. Jackson és Christoph Waltz oldalán. A filmet 2016. július 1-jén mutatták be. Robbie harmadik 2016-os szerepe Harley Quinn volt a Warner Bros. DC Comics szupergonoszok című filmjében, az Öngyilkos osztagban, a Will Smith, Jared Leto, Viola Davis és Joel Kinnaman alkotta ensemble szereplőgárda tagjaként. Az első forgatás 2015. április 13-án kezdődött, a filmet pedig 2016. augusztus 5-én mutatták be. Bár a film összességében gyenge fogadtatásban részesült, Robbie Quinn szerepében nyújtott alakítását széles körben dicsérték. Robbie volt a házigazdája a Saturday Night Live 42. évadának premierjének 2016. október 1-jén, a zenei vendég The Weeknddel. Úgy volt, hogy a DreamWorks Animation Larrikins című filmjében is megszólaltat egy karaktert, de a projektet végül elvetették.
2017-től napjainkig: Bevált színésznő
2017-ben Robbie Domhnall Gleeson mellett játszott a Goodbye Christopher Robin című filmben, mint Daphne de Sélincourt, A. A. Milne író felesége. Legközelebb Tonya Harding amerikai műkorcsolyázót alakította a Craig Gillespie által rendezett I, Tonya című filmben. A The Boston Globe kritikájában Ty Burr így írt a filmről: “Robbie magasabb, nagyobb, mint az apró, vad Harding, de átveszi a sportoló lendületét, és azt a dühöt, amely a dinamót látszólag táplálta, és amikor az élet Tonya citromot ad, Robbie felállítja az állát, és leharcolja.” A filmet a The Boston Globe-nak ajánlotta. Harding megformálásáért Robbie-t jelölték a legjobb színésznőnek járó Golden Globe-díjra – filmvígjáték vagy musical – és a legjobb színésznőnek járó Oscar-díjra. Ő volt az első színésznő, akit Oscar-díjra jelöltek egy valós olimpiai sportoló megformálásáért. Abban az évben a Time magazin a világ 100 legbefolyásosabb embere közé választotta, a Forbes pedig felvette a 30 év alattiak listájára.
2018-ban Robbie adta a hangját Flopsy Rabbit karakterének a Peter Rabbit című animációs/élőszereplős filmben, amely Beatrix Potter könyvsorozatának adaptációja. Ezután szerepelt Vaughn Stein Terminal című thrillerfilmjében Annie szerepében. Ezt követően Audrey-ként cameo-szerepelt a Slaughterhouse Rulez című filmben, majd I. Erzsébet királynőt alakította a Mary Queen of Scotsban, Saoirse Ronannal szemben, mint Mary Stuart. David Sims a The Atlantic-tól az utóbbi filmet “ízléstelen szappanoperaként” utasította el, de azt írta, hogy “kevés képernyőidejével mégis sikerül átadnia a Mária mint hagyományosabb királynő státusza miatti sértődöttség valódi érzését”. A legjobb női mellékszereplőnek járó BAFTA- és Screen Actors Guild-díjra jelölték.
Robbie 2019-et azzal kezdte, hogy egy femme fatale szerepét játszotta a Dreamland című, az 1930-as években, a Dust Bowl idején játszódó korabeli krimiben, amelynek producere is ő volt. Ezután beleegyezett, hogy Sharon Tate színésznőt alakítsa Quentin Tarantino Once Upon a Time in Hollywood című vígjáték-drámájában, amelynek főszereplői Leonardo DiCaprio és Brad Pitt, mivel szeretne Tarantinóval együtt dolgozni. A felkészüléshez elolvasta Roman Polanski Roman by Polanski című önéletrajzát, amelyet Roman Polanski írt, aki Tate felesége volt. Peter Bradshaw a The Guardiantól úgy nyilatkozott, hogy a női szerepek hiánya ellenére a filmben “Robbie szimpatikusan alakítja Tate-et”, míg Robbie Collin a The Telegraphtól a film “legelragadóbb” jelenetének találta azt a jelenetet, amelyben Tate a saját előadását nézi egy moziban. Emellett a Hulu Dollface című vígjátéksorozatának executive producere is volt. Abban az évben a Forbes a világ nyolcadik legjobban fizetett színésznőjeként tartotta számon 23,5 millió dolláros éves jövedelmével, a The Hollywood Reporter pedig a szórakoztatóipar 100 legbefolyásosabb embere közé sorolta.
Robbie játszotta Kayla Pospisilt, a Fox News több alkalmazottján alapuló összetett karaktert a Bombshell (2019) című drámában, amelynek középpontjában a hírcsatorna különböző női munkatársainak történetei és a csatorna elnöke, Roger Ailes által elkövetett szexuális zaklatásról szóló beszámolóik állnak. A felkészülés során létrehozott egy hamis Twitter-fiókot, hogy fiatal konzervatív nőket kövessen, és videókat nézett Katherine Harrisről, akiről a karaktere akcentusát mintázta. Owen Gleiberman, a Variety munkatársa külön kiemelve egy “gyötrelmes jelenetet”, amelyben Pospisilt szexuálisan zaklatják, elismerően nyilatkozott Robbie-ról, amiért “hagyta, hogy átérezzük a benne zajló nyomás alatti gyötrelmet”. Hasonlóképpen, Manohla Dargis a The New York Times-tól azt állította, hogy “Robbie az, aki – pánikba esett, szúrós tekintetével és feszülten ellenálló, majd megadó testiségével – közvetíti a szexuális zaklatás borzalmait, a testbe és lélekbe szivárgó lealacsonyodást”. A Once Upon a Time in Hollywood és a Bombshell című filmekben nyújtott alakításáért két BAFTA-jelölést kapott, az utóbbiért pedig jelölték a legjobb női mellékszereplőnek járó Oscar-díjra, a legjobb női mellékszereplőnek járó Golden Globe-díjra – Motion Picture és a Screen Actors Guild Award for Outstanding Performance by a Female Actor by a Female Actor in a Supporting Role.
Robbie az új évtizedet az Emerald Fennell által rendezett, Carey Mulligan főszereplésével készült Promising Young Woman (2020) című drámai thrillerrel kezdte. Miután 2015-ben felvetette a Warner Bros. számára egy Harley Quinn-film ötletét a Birds of Prey csapatával, három évig fejlesztette a projektet produkciós cége keretében. A Birds of Prey címet viselő, Cathy Yan által rendezett filmet 2020-ban mutatták be, és a kritikusok elismerően nyilatkoztak róla. Leah Greenblatt az Entertainment Weekly-től dicsérte Robbie-t, amiért Quinnt “a veszett kutya kegyetlenség és a kislányos vidámság szédítő keverékével” játszotta.”
Következő projektek
Robbie legközelebb újra eljátssza Quinn szerepét az Öngyilkos osztagban és a Flopsy Rabbit szinkronszerepét a Peter Rabbit 2: A szökevény című filmben. Elkötelezte magát Matt Ruff Bad Monkeys című thrillerregényének adaptációjának főszerepére és producere, valamint Maid Marian szerepére egy készülő életrajzi filmben. Szerepelni fog továbbá Justin Kurzel Ruin című háborús thrillerében, a partnerek, Greta Gerwig (aki egyben rendező is) és Noah Baumbach által közösen írt élőszereplős Barbie-filmben, valamint David O. Russell egyelőre cím nélküli drámájában, amelyben Christian Bale főszereplésével szerepel. Robbie emellett főszerepet vállal A Karib-tenger kalózai filmsorozat rebootjában is. Robbie szerepelni fog Damien Chazelle következő filmjében, a Babylonban Brad Pitt oldalán.