自幼喜歡文藝的唐奕霖5歲開始學(xué)習(xí)芭蕾舞，12歲時(shí)就參加桃李杯，并得到了前輩的關(guān)注。同年，唐奕霖考下了鋼琴十級，然后開始練習(xí)寫歌，兩年間創(chuàng)作了近百首歌曲。

14歲時(shí)，以異于同齡人的天賦和經(jīng)驗(yàn)成功考入北京電影學(xué)院表演系。唐奕霖與包貝爾是同班同學(xué)，她們班畢業(yè)大戲的所有歌曲均由唐奕霖作曲，唐奕霖現(xiàn)場用鋼琴伴奏。

2006年，首次觸電的唐奕霖主演了由施潤玖執(zhí)導(dǎo)的紀(jì)錄片《頤和園》，在片中她飾演將芭蕾舞和鋼琴引入中國的德齡公主，該片得到了戛納電影節(jié)的多項(xiàng)提名。

2008年，唐奕霖與周迅、桂綸鎂、張雨綺聯(lián)合參演由徐克執(zhí)導(dǎo)的愛情喜劇片《女人不壞》，飾演真性情的搖滾青年小黑一角。

2009年7月，唐奕霖與徐靜蕾、黃立行、莫文蔚聯(lián)袂出演愛情喜劇片《杜拉拉升職記》，飾演敢愛敢恨的的唐唐一角，片中對黃立行飾演的王偉大膽示愛。

2012年，唐奕霖出演喜劇勵志劇《青春不夠用》，劇中飾演患有“婚前恐懼癥”的翠萍一角。同年，參加央視春晚的演出，與黃宏、沙溢、邵峰共同表演喜劇小品《荊軻刺秦王》，唐奕霖飾演的宮女雖沒有一句臺詞，但憑借在春晚直播中的自然笑場受到了廣泛關(guān)注。

2016年，出演由包貝爾執(zhí)導(dǎo)的古裝劇《歡喜密探》，并在劇中飾演李嚇一角。同年，與張歆藝、郭京飛出演的職場劇《她很漂亮》（中國版），在劇中飾演張歆藝的情敵唐唐。9月，與王迅、黃燦燦、梁超合作出演喜劇片《廢柴老爸》，飾演Elaine一角。

無論是在《女人不壞》中扮演的搖滾青年小黑，還是在《歡喜密探》中反串扮演的李嚇，每一次的角色塑造都向觀眾展示了她日漸嫻熟的演技，唐奕霖出演過很多不同類型的影視劇，每一次的角色塑造都讓她得到不一樣的歷練（大眾網(wǎng)評）。

在《杜拉拉升職記》有過合作的演員導(dǎo)演對她贊不絕口，唐奕霖工作努力認(rèn)真，為了能夠把劇里的人物演得更好，她總是會反復(fù)的琢磨。唐奕霖是一個非常熱愛演藝事業(yè)的演員，她不僅要求自己能夠演活每一個角色，更希望她能做得更好，所以在劇組會經(jīng)常看到她認(rèn)真研讀劇本的場景。唐奕霖不僅有顏值，更有一股努力奮斗的沖勁，她會不斷的充實(shí)自己，為自己的每一部戲做好準(zhǔn)備（中國網(wǎng)評）。

不論是搭檔桂綸鎂出演的《女人不壞》，還是與徐靜蕾導(dǎo)演合作的《杜拉拉升職記》都給人留下了一定的印象。唐奕霖塑造的這些性格迥異的角色，不僅贏得了觀眾的喜愛，演技也受到了肯定（環(huán)球網(wǎng)評）。