2001年，关晓彤与郭晓冬合作出演《暖》中的丫。
2003年，关晓彤在《惊心动魄》中饰演双双。同年在
《电影往事》中饰演江玲玲， 导演是小江，与夏雨合作。
2005年，关晓彤在《太阳》中饰演小袁亮，2005年在《情满山乡》中饰演秦芳，2005年在《红山雨》中饰演小孙女。2005年12月15日，陈凯歌导演的电影《无极》公映，关晓彤在电影中饰演小倾城，同年在《回家》中饰演芬芬。
2006年在《惟有承诺留我心》中饰演小韩雪婷。
2007年在张琦导演的《救我》中饰演小雪。
2008年在《小田进城》中饰演小田，由刘苗苗导演，与刘亚津合作。2008年出演《心灵承诺》。
2009年在电影《刺陵》中饰演小蓝婷。同年在《春雷绽放》中饰演农小梅。
2010年01月29日，由关晓彤和陈小艺、高曙光主演的《突然心动》在北
京电视台影视频道首播。2010年12月22日，冯小刚导演的电影《非诚勿扰2》公映，关晓彤在电影中饰演川川，孙红雷的女儿。
2011年在《致命闪玩》饰演初中女生，导演咸旭初，合作演员，方力申、张馨予。2011年出演《春天的拉花》。
2012年6月28日，关晓彤出演的《画皮2》公映。2012年7月28日，关晓彤、郝瀚、刘恒宇、卓依琴、安亚欧等主演20集电视剧《101次告白》开机，《流星花园》编剧毛训容再次出山，为剧本把关。该剧以校园生活为背景，将展示来自豪门、中产、白领、蓝领等不同阶层家庭五味杂陈的生活，于2012年9月中旬开播。
2013年6月9日，关晓彤出演的《富山春居图》公映，饰演肖悦悦。
2014年2月16日，关晓彤与王志文、李小冉等主演2015年参演宁瀛转型之作《浪漫天降》。剧中“国民闺女”关晓彤化身俏丽空姐，与“五料影帝”夏雨在电影里上演了一场暖壕追爱的浪漫大作战。
2015年参演由华视佰艺（北京）国际文化传媒有限公司根据作家赵文宇的同名网络小说改编的电影《向天真的女生投降》，该电影于3月28日在厦门开机，将由最受观众喜爱的“国
民闺女”关晓彤和新生代偶像主演，关晓彤的父亲作为该片导演，为了给戏中关晓彤选婿也操碎了心，几经挑选最后看中了网络人气美男子姜潮。
2015年出演周小兵执导的大型年代励志情感电视剧《我们的纯真年代》。本剧由左小青、郭晓东领衔主演，张少华、杜源、王雨、刘雨鑫、吴冕、艾丽娅、李建义等老中青三代实力派演员联合出演。关晓彤在剧中饰演女主角尤玲之女苦瓜，由于身世秘密，性格叛逆，惹祸不断，最终在亲人的关怀中逐渐成长。
2015年2月由关晓彤、白敬亭领衔主演的国内首部魔幻爱情攻略新媒体电影《我的公主来自外星之魔法触恋》在北京
召开了新闻发布会。
2015年在《妻子的谎言》中饰演董事长儿子的表演老师陈璞玉。夏雨、关晓彤领衔主演的爱情喜剧《浪漫天降》正式宣布10月23日公映。
2015年出演国内首部主题公园全景偶像剧《嬉戏魔法乐园》，饰演安洁西公主。
2015年在陆贞传奇姊妹篇《班淑传奇》中饰演班淑的学生，该剧由徐惠康、朱锐斌执导，张巍编剧，景甜、张哲瀚、李佳航、李晟、付辛博、李心艾等主演的历史古装剧，该剧讲述了东汉三班家族的下一代班淑的传奇故事。
2015年在《我的老婆大人是八零后》中饰演visa，该剧由刘进执导，李小冉、杜淳、于明加、张鲁一、张嘉译、王维维、王唯伊领衔主演。9月17日，关晓彤个人首支单曲《安洁西公主》首发。
2016年加盟都市情感大剧《好先生》，将和孙红雷、张艺兴演对手戏。