2006年，在校期间的王晓晨参演个人首部电视剧作品《现代美女》，自此开始演艺事业。2007年，在陆毅、林心如主演的历史人物传记剧《苏东坡》中扮演苏东坡的侍妾王朝云。2008年，在钟汉良、霍思燕主演的民国爱情剧《玫瑰江湖》中反串饰演男宠花解语，之后在胡歌，林依晨主演金庸武侠剧《射雕英雄传》中出演东邪黄药师之妻、黄蓉之母冯蘅。同年，在校园励志轻喜剧《女孩冲冲冲》中饰演长相甜美、才华横溢的上海“大小姐”周瑜。

2009年，参演连奕名自导自演的年代传奇剧《民国往事》，在剧中饰演敢爱敢恨、爱憎分明的贞烈女子梅绍贞。同年搭档董勇、许晴主演谍战题材剧《谍变1939》，饰一个看似精明实际天真、思想进步但涉世未深的小女生沙丽。2010年，有学京剧的经历的王晓晨被李保田选中，扮演都市亲情剧《丑角爸爸》中的青衣演员赵小萍，同年参与萨日娜、王琳主演的家庭伦理剧《有爱就有家》。同年，在贾一平、陶泽如主演的商战抗日剧《大浴堂》中饰演温婉善良的传统女性韩灵芝。之后主演中国与新加坡共同投资的动作电影《龙拳2011》。

2011年，1月与于晓光合作主演人物传记电影《吴运铎》，在片中饰演因为充满理想和救国热情而来到了吴运铎所在兵工厂的大学生辛束；同年与于震、阿朵联合主演谍战剧《专列一号》，在剧中饰演聪慧俊俏、侦查能力超群的顾可依。

2012年，主演柏杉执导的古装传奇剧《神医喜来乐传奇》，在剧中饰演武艺高强、侠骨倔强的金山娇 ；之后在张桐、苏岩主演的战争情感剧《川西剿匪记》中饰镇长之子张济邦的心上人姜维淑；同年主演电视剧《双雄》；同年6月8日，主演的《丑角爸爸》首播，播出期间长期占据同时段收视前三位置，其个人则因此受邀参加影视沙龙谈话节目《影视俱乐部》，分享学戏经历，该剧获得2013年飞天奖长篇电视剧三等奖。

2013年，与徐僧合作主演抗日战争剧《神枪之倒刺》，在剧中饰演潜伏的军统交通站站长；同年出演都市情感偶像剧《待嫁十年》，在剧中饰演为爱坚守、不肯将就的易亦秋。

2014年，在汪俊执导的都市情感剧《我爱男闺蜜》中饰演与“哥哥”黄磊从小相依为命的方依依。这一角色也成了微博中的热搜词，更收获了不少网友的好评；同年，在都市轻喜剧《妈妈像花儿一样》中饰演林永健的妹妹马丹娜。同年，主演滕文骥、王为执导的当代都市剧《二胎时代》，在剧中饰演可爱善良又带点孩子气的辣妈金灿灿，开播后，收视率升到1.025%，市场份额为2.94%，稳居卫视收视前3名；其个人则凭该剧获得2016年中国电视剧品质盛典“年度新锐女演员”奖。

2015年，与胡歌联袂主演都市情感剧《大好时光》，在剧中饰演伶牙俐齿、率真直爽的眼科医生茅小春；播出期间收视率接近1.5，累计网播量接近25亿次，位居同期全国第一；该剧获得国剧盛典年度十大影响力电视剧奖，其个人则凭该剧获得“年度最具突破精神女演员”奖，同年该剧登陆美国中文电视台；该剧还被国家新闻出版广电总局选入《2015中国电视剧选集》。8月7日，与戚薇、辛雨锡主演的青春励志剧《你好乔安》开机，在剧中饰演履历平淡、但认真打拼的乐观女孩倪好；该剧播出期间收视率始终保持在全国卫视收视率前三。12月在上海拍摄浪漫爱情都市剧《我的男神》。

2016年4月，与张嘉译联袂主演林妍执导的都市爱情轻喜剧《我的！体育老师》，在剧中饰演伶牙俐齿、古灵精怪的都市女青年王小米；该剧播出期间累计网络播放量超过35亿，单日最高播放量达2.8亿，收视率更是连连破1，豆瓣评分达到7.3分；并获得第十二届“电视制片业十佳”评选活动优秀电视剧表彰；5月21日，获得第19届华鼎奖全国观众最喜爱的影视明星；12月16日，出演的爱情电影《春娇救志明》杀青，在片中饰演勇敢追逐爱情的美丽萝莉Apple。12月，王晓晨在都市爱情喜剧《当分手大师遇到复合大师》中饰演的“周末”角色戏份杀青。

2017年，与钟汉良、乔振宇合作出演都市情感剧《幸福的理由》；11月7日，参加第五届亚洲微电影艺术节颁奖典礼，并凭借《春娇救志明》获得金海棠奖观众最喜爱演员奖；11月13日，爱情轻喜剧《我的！体育老师》登陆浙江卫视。

2018年3月，与韩庚联袂主演都市爱情剧《爱我你敢吗？》，在剧中饰演姜小汐。5月，作为上戏04级“人气班”成员参与录制东方卫视体验型励志综艺节目《青春同学会》。9月，与陈宝国合作主演年代剧《老酒馆》。10月，参加演技竞演类励志综艺《我就是演员》，获得影视化表演资格，与于和伟主演《公交车上的曹操》。

2019年7月，与李晨合作主演电视剧《北京西城故事》；同年友情出演靳东主演的都市律政题材电视剧《精英律师》；10月，与陈晓联袂主演都市轻喜剧《好好说话》，饰演初出茅庐的热血律师廖望；10月，入围第六届“中国电视好演员”绿组女演员候选名单；10月26日，参加明星跨界音乐节目《跨界歌王》，演唱歌曲《好久不见》。