1996年，顏丹晨考進(jìn)北京電影學(xué)院表演系。1997年，顏丹晨參演周有朝的電影《背起爸爸上學(xué)》，飾演姐姐，她在甘肅的原型人物的老家住了半個(gè)月，這是顏丹晨的第一部電影。此片榮獲首屆北京市“文化藝術(shù)獎(jiǎng)”、第五屆“飛虎杯大學(xué)生電影節(jié)”的“評(píng)委會(huì)特別獎(jiǎng)”、第29界瑞士吉福尼國(guó)際電影節(jié)“銅神鷹獎(jiǎng)”、“第六屆中國(guó)國(guó)際兒童電影節(jié)”的 “優(yōu)秀影片獎(jiǎng)”，顏丹晨本人奪得兒童電影“童牛獎(jiǎng)”最佳成人演員獎(jiǎng)；同年，顏丹晨參演電影《花季·雨季》，憑借在片中的表現(xiàn)，奪得了當(dāng)年的華表獎(jiǎng)最佳新人獎(jiǎng)。

2001年，顏丹晨在《大唐情史》里飾演楊妃。2002年，顏丹晨參演偶像劇《對(duì)門(mén)對(duì)面》，飾演王虹。

2004年，顏丹晨與劉曉慶、姜文合作古裝劇《長(zhǎng)河?xùn)|流》，飾演陳圓圓。2005年，顏丹晨參演《精衛(wèi)填海》飾演素女；參演的35集新編古裝神話劇《寶蓮燈》在中國(guó)中央電視臺(tái)電視劇頻道播出，顏丹晨飾演嫦娥，該劇平均收視達(dá)到5.4%，最高收視9.1%，名列當(dāng)年央視8套的電視劇收視冠軍，榮獲第十一屆亞洲電視大獎(jiǎng)“最佳電視劇獎(jiǎng)等”。 

2006年，顏丹晨參演《范府大院》飾演念春；主演的青年勵(lì)志劇《別問(wèn)我是誰(shuí)》，飾演從小失去父親、積極把握自己人生的“李楠”；參演《女子戲班》，首次體驗(yàn)越劇人生。 

2007年，顏丹晨拍攝假日劇《丁家有女喜洋洋》，在該劇中扮演大姐畫(huà)家丁言，與楊恭如、黃圣依扮演的二女兒、三女兒組成丁家三姐妹。

2008年，顏丹晨參演以反應(yīng)大理白族群眾保護(hù)傳統(tǒng)文化為主題的民族電影《遙遠(yuǎn)的諾鄧》，在影片中飾演了一個(gè)學(xué)習(xí)美術(shù)，并到了鄧諾深山支教的白族姑娘櫻子。后來(lái)櫻子漸漸被鄧諾吸引，并為這里的文化而折服，最終利用自己的特長(zhǎng)保護(hù)了諾鄧古學(xué)堂。顏丹晨以樸實(shí)的形象出演了櫻子這一形象，憑借電影《遙遠(yuǎn)的諾鄧》奪得第十二屆“電影表演藝術(shù)學(xué)會(huì)獎(jiǎng)”。

2009年，顏丹晨出演年代劇《特戰(zhàn)風(fēng)云》（原名《女人樹(shù)》），飾演女一號(hào)喬小燕，劇中演繹的女主角從少女跨度到兩鬢斑白的老人。隨后，參演海頓執(zhí)導(dǎo)的都市現(xiàn)代劇《真相》，飾演一位遭遇家庭“冷暴力”的建筑設(shè)計(jì)師林潔。

2010年，顏丹晨參演央視反特題材電視劇《還看今朝》。

2011年，顏丹晨參演王靜茹編劇、王小康導(dǎo)演的電視劇《閃婚》，她首次出演家庭情感倫理劇、飾演一個(gè)充當(dāng)“第三者”的反面角色顏敏。

2012年，顏丹晨參與拍攝都市情感劇《陪你到老》，和郭曉冬搭檔飾演一對(duì)小夫妻。隨后，參演電視《不曾逝去的歲月》，飾演女特工陳如；參演抗戰(zhàn)劇《獨(dú)狼》出演女一號(hào)唐婕淑，一位潛伏在敵人內(nèi)部的臥底。

2013年，顏丹晨參演反映常德保衛(wèi)戰(zhàn)的抗戰(zhàn)史詩(shī)劇《勇士之城》，飾演一位巾幗勇士。與印小天合作主演農(nóng)村婦女勵(lì)志劇《油菜花香》，出演外表柔弱、內(nèi)心堅(jiān)強(qiáng)，一生坎坷，卻自強(qiáng)不息的農(nóng)村女性周英。

2014年11月21日，顏丹晨主演的青春時(shí)尚愛(ài)情喜劇電影《等你追我》在全國(guó)公映。

2016年，參演電視劇《楊光那些事》，參演年代電視劇《浪花淘盡》，主演的青春勵(lì)志電視劇《好想好想愛(ài)上你》播出。4月10日，出席2016秋冬上海時(shí)裝周Alicia lee秀場(chǎng)活動(dòng)。10月17日，參演《歡喜密探》上線播出。

2017年11月，參演推理懸疑電影《夢(mèng)境之源》。

2018年4月，參演電影《又是一年三月三》。

2018年5月，參演了大型都市情感輕喜劇《最美的安排》。7月2日，參演的電影《李保國(guó)》在北京全國(guó)政協(xié)禮堂舉行盛大首映式。