1994年8岁的牛丽燕首次出演电视剧，在刘子蔚主演的人物专辑题材剧《梅兰芳》里演梅葆玥。1997年在陈勋奇、周海媚主演的旧上海言情剧《风暴上海滩》中饰演小若兰。2002年领衔主演青春校园题材电影《麻辣女生》，在片中饰演高二女生欧阳蕙。2002年在周晓文、于敏、鞠觉亮、赵箭联合执导的金庸武侠剧《天龙八部》中饰演乔峰母亲。2004年在民国轻喜剧《春蚕织梦》中饰演逃婚误闯桑园，被迫在桑园工作的叶桑枝 。2007年在悬疑情感剧《梅花档案2》中饰演农村姑娘白小梅。之后因为经纪合约的问题，较少参与影视剧的演出。 2011年6月牛丽燕恢复工作的第一部戏是宫晓东执导的古装历史传奇剧《穆桂英挂帅》，在剧中饰演杨家烧火丫头杨排风 。12月17日出演的宫廷历史剧《凰图腾》在湖南卫视金鹰独播剧场首播，饰演女主角缪风燕的妹妹缪风萤，这是她第一次尝试反面角色 。2012年5月4日参演的都市情感剧《幸福生活在招手》在央视八套播出。11月20日 出演的战争剧《猎杀》（又名《唱支山歌给党听》）在湖南经视播出。同年在梁冠华主演的抗日战争剧《猎狼人》中饰演武功高手汤芍。2013年在李铁良执导的现代反恐题材电视剧《未来战士》中一人分饰萧萧、吴桐两个角色。6月6日出演的都市悬疑情感剧《每个人都有秘密》在青岛开机，在剧中饰演男主角北宇同前女友蒋子喻 。2014年与于震、刘小锋、张光北共同主演战争剧《炮神》，在剧中饰演名门大户的千金小姐李慕兰，生性贤惠有文化懂医术 。9月19日参演陈勋奇执导的时尚爱情功夫喜剧片《缘来是游戏》全国公映，这是牛丽燕继17年前《风暴上海滩》后跟陈勋奇导演的又一次合作 。2015年4月9日与小张铎领衔主演的抗战剧《生死连》在湖南经视播出，在剧中饰演美丽机智、善良细心的八路军医生丁灵，该剧上星播出时取得当季度四川卫视收视率第一，网络点击量突破7亿 。