2002年,还是学生的桂纶镁便出演了个人的首部电影作品《蓝色大门》。2005年,桂纶镁主演了文艺片《经过》。2007年,凭借主演周杰伦的导演处女作《不能说的秘密》被观众熟知。2008年,因主演喜剧片《女人不坏》而赢得更多发展机会。2012年,桂纶镁凭借爱情片《女朋友·男朋友》获得第49届台湾电影金马奖和第55届亚太影展双料最佳女主角 。