2005年，还在担任平面模特的谢欣颖因被导演侯孝贤发掘并出演他执导的电影《杀人计划》而出道演艺圈；同年，谢欣颖还在与林依晨、郑元畅、许玮甯合作出演的台湾版《恶作剧之吻》中饰演了率性洒脱的裴子琪。2007年，谢欣颖在与欧阳靖、段钧豪共同主演的剧情电影《爱丽丝的镜子》中饰演了女配角阿咪，谢欣颖也凭借此角色获得了第43届台湾电影金马奖最佳女配角 ；随后，谢欣颖又与温升豪、范植伟合作出演了古装历史剧《乱世豪门》，谢欣颖在剧中饰演了女主角王素琴。2010年，谢欣颖出演了阔别影坛三年之后的首部大银幕作品，她在与张书豪搭档主演的都市剧情片《有一天》中饰演了女主角欣颖 。2011年，谢欣颖凭借着在爱情奇幻片《命运化妆师》和奇幻喜剧片《消失打看》中的表演获得了第13届台北电影节最佳女演员奖 ；之后，谢欣颖又与蓝正龙搭档主演了音乐剧情片《电哪吒》 ；同年，谢欣颖还与)张少怀合作主演了金马影展系列短片之一的《到站停车》 。2012年，谢欣颖先是凭借电影《命运化妆师》获得了第10届意大利亚洲影展最佳女演员；之后，谢欣颖又连续与梁家辉、杨颖、冯绍峰合作出演了传奇动作片《太极1：从零开始》和《太极2：英雄崛起》 ；同年，谢欣颖还与柯震东、简嫚书、郭书瑶共同出演了爱情喜剧片《南方小羊牧场》 。 2013年，谢欣颖在与丁春诚、凤小岳、喻虹渊合作主演的台湾版《白色之恋》中饰演了个性温柔坚毅但天生有听力障碍的女主角何筠彩，凭借此角色谢欣颖获得了第48届台湾电视金钟奖最佳女主角提名 ；同年，谢欣颖还在与温升豪、吴慷仁共同主演的爱情喜剧《金大花的华丽冒险》中饰演了开朗直爽的女主角金大花 。2014年，谢欣颖先是与舒淇、 张震、 阮经天合作出演了武侠剧情片《聂隐娘》 ；之后，谢欣颖又在与李威、黄鸿升、王乐妍共同主演的都市言情剧《巷弄里的那家书店》中饰演了热爱舞蹈且向往浪漫生活的女主角杜可馨 ；同年，谢欣颖还主演了剧情电影《白米炸弹客》；此外，谢欣颖还与汪东城、任容萱、谢孟伟合作出演了网络穿越剧《超级大英雄》，并在剧中一人分饰了章显婷和娴儿两个角色 。2015年，谢欣颖除主演了剧情短片《王者对决》外；她还在与吴慷仁、严正岚、田中千绘联袂主演的惊悚灵异片《尸忆》中饰演了个性温柔并深爱男主角的未婚妻 ；同年，谢欣颖还与黄鸿升搭档主演了音乐爱情单元剧《滚石爱情故事》之《漂洋过海来看你》 。2016年，谢欣颖与李国毅搭档主演了现代爱情喜剧《我和我的十七岁》，并在剧中饰演因意外记忆回到十七岁的女主角艾丽丝 。