写真2005年7月,出演由李惠民执导的古装武侠剧《长剑相思》；11月,参加第二届国际航空小姐大赛的形象大使的评选；12月,与周迅,金城武合作出演爱情电影《如果·爱》。2006年4月,出演都市爱情剧《美丽新天地》；8月,出演由张国立执导的喜剧电影《第601个电话》；10月,与秦岚,黄少祺合作出演民国剧《第一茶庄》。2007年1月,与钟夫翔,保剑锋合作出演武侠喜剧《青天衙门》；2月,参演由堀川敦厚执导的人物剧《李香兰》；6月,出演由张一白执导的爱情电影《夜·上海》；7月,与吴奇隆,范文芳等出演神话剧《聊斋奇女子》；8月,出演动作电影《天堂口》。2008年,与晨阳合作主演都市职场电影《金色外滩》；11月,与郑元畅,林依晨合作出演偶像剧《我的亿万面包》,在剧中饰演漂亮而又优雅,个性坚强的小公主叶可娜。2009年,出演由马鲁剑执导的民国情感剧《风雨雕花楼》,在剧中饰演纠缠于大家族史与跨年代苦恋之中的杜小兰。2010年5月,与吴建飞,刘述合作主演谍战电影《澳门往事》,在片中饰演澳门当地的大家闺秀周侬静；9月,出演由刘伟强执导的动作电影《精武风云·陈真》,在片中饰演上海学生领袖秋婷。《命运速递》2011年6月,与李冰冰,全智贤合作出演剧情电影《雪花秘扇》,在剧中饰演百合的贴身婢女勇刚,因没有裹脚还被称为“大脚勇刚”。2012年3月,与秦昊,莫小奇合作出演励志电影《下一个奇迹》；7月,与黄奕共同主演公益类题材的微电影《交换》。白夜追凶2016年,主演由李非执导的喜剧电影《命运速递》,在片中饰演一位梦想破灭的女演员琴初九；7月,与杨奇鸣,蔡文静合作出演悬疑网剧《灭罪师》。2017年,与潘粤明,王泷正等合作主演悬疑推理剧《白夜追凶》,在剧中饰演认真专业的法医高亚楠。2018年4月,参演青春校园剧《忽而今夏》,在剧中饰演理科二班班主任英语教师林老师；6月,与宋宁峰合作主演剧情电影《一日父子》；8月,参演黄渤“HB+U”计划首部电影《怒水西流》；9月,主演奇幻喜剧电影《再见汪先森》；12月,凭借电视剧《白夜追凶》,获得中国国际青年电影展网络剧最佳新人奖。2019年11月,出演都市情感悬疑剧《白色月光》,在剧中饰演飒爽独立的好闺蜜赵佳琪；12月,在悬疑剧《迷雾追踪》中饰演绝望的母亲任静。2020年,主演女性职场剧《她和她们的故事》；9月16日,出演的电视剧《沉默的真相》播出,在剧中饰演任玥婷；11月6日,出演的年代剧《隐秘而伟大》播出,在剧中饰演周明佩；12月18日,主演的文艺电影《一日父子》在全国上映,她在片中饰演婚后多年未育子女,内心敏感的梅月。2021年7月9日,参演的电影《再见汪先森》上映；7月12日,主演都市情感剧《我的邻居长不大》；9月,主演的都市医疗剧《非凡医者》正式开机；11月19日,参演惊悚悬疑电影《门锁》。2022年1月18日,主演的冒险悬疑剧《淘金》播出；2月7日,特别出演的女性职场剧《盛装》于东方卫视播出；5月10日,与欧豪,王景春主演的刑侦悬疑推理剧《对决》播出；6月,出演环保司法剧《江河之上》。9月23日,参演的电视剧《焕羽》开机。10月12日,参演的电视剧《黄雀》开机。
2017年12月,吕晓霖受邀出席以公益为主题的环球风尚年度盛典,她则在采访中,表达了自己对于公益“时代性”的理解。
吕晓霖吕晓霖凭借其细腻的演技,将网剧《白夜追凶》中的法医高亚楠一角诠释得深入人心,不论是做尸检还是还原案发现场,都被其表现的极其专业,理智；同时她也凭借自己的实力,将剧中专业又拗口的台词,清晰,顺畅的为观众展示在荧屏上。吕晓霖在出席活动时,以一袭黑色拽地长裙,展现出了其优雅却不失灵动,大气而又柔美的气质。而在拍摄写真时,她身穿黑色外套,搭配白色衬衣,露出性感的锁骨,眼神坚定而又霸气,尽显知性熟女的风范。