1994年，梅婷首次出演了电视剧《血色童心》里的少女楚楚，这部由叶大鹰导演的电视剧在当年引起了极大轰动。《血色童心》之后不断有片约送到部队，但是一概被拒之门外。因为部队有纪律，现役军人不许私自出外拍戏。

1996年，凭借主演的军旅战争剧《血色童心》获得第6届北京影视春燕奖最佳女主角。

1997年，退学后跟张国荣合作电影《红色恋人》，凭借该片获得1998年第22届开罗国际电影节最佳女演员奖及1999年第5届中国电影华表奖优秀女演员奖。

2001年，与冯远征主演反映家庭暴力的电视剧《不要和陌生人说话》，在剧中饰演饱受摧残的妻子梅湘南，凭借该角色获得第2届中国电视艺术双十佳十佳演员；同年，与赵文卓主演动作题材剧《霍元甲》饰暗恋霍元甲的侠义女青年农静秋。

2002年，领衔主演金韬执导继《长征》后“红色三部曲”的第二部电视剧《激情年代》，凭借在剧中饰演的女青年白芸被评为中央电视台最受观众喜爱演员，同年，领衔主演都市爱情剧《绿萝花》饰坚强善良的伊蕊。

2003年，凭借主演的家庭伦理剧《让爱重来》获得第21届中国电视金鹰奖观众喜爱女演员。

2005年，主演鄢颇执导爱情电影《阿司匹林》，并首次担任制片，最终凭借在片中饰演的娱乐记者文静提名第25届中国电影金鸡奖最佳女主角。同年，领衔主演军事悬疑剧《兵变1938》，在剧中饰演埋伏在日军中的国民党女间谍肖娅。同年，在张建栋、姜伟联合执导的都市情感剧《靠近你温暖我》中饰演杂志社编辑方可舟。同年，出演依据阎真的长篇小说《沧浪之水》改编而成的电视剧《岁月》饰漂亮能干、八面玲珑的许小曼。

2006年1月18日，领衔主演的家庭伦理剧《玻璃婚》播出，在剧中饰演医生蒋小雯；11月13日，再次与导演鄢颇合作的都市情感剧《新结婚时代》于南京电视台播出；同年，在都市伦理情感剧《你一定要幸福》中饰演十五岁的少女秦明真。

2007年，与陈宝国领衔主演悬疑谍战剧《女人泪》饰年青美貌的女资本家赵青笠 ；同年，与姜武联袂主演警察题材剧《警察故事之红飘带》，在剧中饰演派出所的普通片警杨越。

2008年10月13日，与王志文、佟大为共同主演的年代爱情剧《幸福还有多远》播出。

2010年4月，梅婷在历史古装剧《万历首辅张居正》中饰演李太后，这部剧拍摄于2006年，拖了四年才播出。5月10日，参演的都市情感剧《手机》在浙江卫视、东方卫视、北京卫视、深圳卫视播出，在剧中饰演严守一妻子于文娟。

2011年7月30日，与王志飞共同主演高希希执导的谍战电视剧《刀尖上行走》在浙江卫视、天津卫视、四川卫视、云南卫视黄金档播出。

2012年，与郭涛主演家庭情感剧《父母爱情》，凭借在剧中饰演的资本家大小姐安杰提名第20届上海电视节最佳女主角；同年，参演娄烨执导剧情电影《推拿》，2015年凭借该片获得第15届华语电影传媒大奖最佳女配角奖。

2014年，与宋宁、陈明昊合作主演改编自古希腊神话故事俄耳甫斯与欧律狄刻的生死之恋的《第二次别离》；同年，在金依萌自编自导的喜剧电影《一路惊喜》中饰演警察钟伟的妻子张薇薇。

2015年12月23日，凭借《父母爱情》夺得第30届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖，并提名第20届上海电视节最佳女演员。同年，在爱情都市剧《恶老板》中饰演事业女狂人沙丽薇。

2016年4月，参加亲子真人秀《妈妈是超人》；10月，加盟电视剧《琅琊榜之风起长林》，在剧中饰演手握权柄的荀皇后；12月，出演沈严执导的都市情感剧《我的前半生》。

2017年1月，在中国电视剧导演工作委员会年度榜样晚会中，凭借《父母爱情》获最佳女主角；同年，参演钱人豪执导的东方惊悚悬疑电影《京城81号2》；4月，与董子健一起录制了《天天向上》；之后参加全明星生活综艺秀《谁是你的菜》第三季第四期录制；5月，投入到谍战剧《面具》的拍摄中，工作之余从剧组赶回京参与了《春天读诗之夜》节目的录制，朗读了女诗人余秀华的三首诗作。10月，确认已出演电视剧《十八岁给我一个姑娘》，饰演田雨。

2019年6月，与王耀庆、于明加等合作主演的都市情感剧《爱是欢乐的源泉》播出；9月22日，与刘烨、马伊琍合作主演的都市创业剧《在远方》播出。