2004年周楚楚出演《難忘1936》和《案發(fā)現(xiàn)場》兩部電視劇，正式進入娛樂圈。

2006年參演古裝歷史懸疑劇《東方朔》，飾演劍兒；同年參演《情系半邊天》。

2007年出演家庭情感劇《家有爹娘》系列。

2008年出演根據(jù)王朔的同名小說改編的電影《一半海水一半火焰》，該片入圍第四十五屆臺灣金馬獎最佳劇情片，周楚楚飾演小白。

2009年客串同志電影《刺青》并參演電影《牛村規(guī)則》。

2010年在《野草莓》和《仙草之戀》兩部電影中擔任女一號并憑借《野草莓》獲得第二屆澳門國際電影節(jié)最佳演員新人獎；同年客串中國香港懸疑恐怖電影《維多利亞一號》和犯罪動作喜劇《混混天團》。

2011年參演歷史動作單元劇《鐵血使命》并在懸疑驚悚電影《青魘》中飾演大膽風(fēng)騷的駱曉月。

2012年客串家庭倫理劇《妯娌的三國時代》。

2013年周楚楚、 黃秋生、 袁詠儀等主演的電影《葉問之終極一戰(zhàn)》上映；同年周楚楚主演歷史戰(zhàn)爭劇《英雄聯(lián)盟》和偶像劇《超級灰姑娘》，分別飾演許文靜和徐杭珊并客串網(wǎng)絡(luò)青春喜劇《人生需要揭穿》。

2015年周楚楚與胡歌搭檔主演電視劇《大好時光》，飾演袁浩（胡歌 飾）的前女友，也是整部戲最癡情的夏冰冰一角。

2016年12月，主演的《追婚記》播出。

2017年5月，主演的《火柴小姐的美味先生》殺青。6月16日，主演的《我心雀躍》公映。

2018年2月16日，參演的電影《遇見你真好》上映。12月11日，參演電影《云水》。

2013年4月9日周楚楚在《 最佳現(xiàn)場》節(jié)目中首次公開表示，黃秋生與自己是以心交心的莫逆之交。

周楚楚獲得澳門電影節(jié)最佳新人獎是因為其真實自然、不著表演痕跡的純熟演技和可清純可性感的氣質(zhì)，所以才在眾多入圍演員中脫穎而出，是一位非常棒的演員。

周楚楚因在驚悚片《青魘》中一人分飾三角：淳樸素簡的駱小月、純美神秘的美女月光和恐怖驚悚的白衣女鬼，演繹頗為精彩，被評價為驚悚電影中的一朵妖艷奇葩。