江一燕15岁时，进入北京舞蹈学院附中音乐剧班就读 。2002年，她考入北京电影学院表演系本科班 。
2006年5月，在家庭伦理剧《错爱》中饰演凄苦的谢晓英 ；随后，江一燕签约艾回唱片（avex），成为艾回首位签约内地艺人 ；12月5日，发行第一张EP音乐作品《用爱呼吸》，EP共收录了10首曲目 。
2007年1月，革命剧《星火》在中央电视台综合频道播出，江一燕在剧中一人分饰两角，分别饰演性格坚强的周梅春和母亲梅春娘 ；4月12日，因她在音乐、影视及创作方面的出色表现，被财经杂志《福布斯》举办的年度中国名人颁奖典礼上授予年度潜力名人奖 ；12月17日，发行第一张个人专辑《星光电影院》，专辑收录11首歌 。
2008年4月14日，主演的爱情剧《我们无处安放的青春》上星播出，她在剧中饰演温柔而孤独、对爱情执著的周蒙，并亲自作词配唱插曲《我还在这里》 。
2011年6月24日，与黄渤合作主演的爱情喜剧电影《假装情侣》上映，她在片中饰演幼儿园教师沈露 ；7月8日，在魔幻爱情电影《肩上蝶》中饰演为爱牺牲幻化为蝶的女孩宝宝 ；7月19日至9月11日，江一燕首次登上话剧舞台，在话剧《七月与安生》中饰演安生，并演唱两首原创曲目《七月》和《爱情香烟》，随后凭借该话剧获得第一届丹尼奖最佳女演员奖[34-35] ；10月13日，由中德合拍爱情喜剧电影《爱封了》上映，她在片中饰演80后鲜花小丑凌玲 ；12月23日，在与张震、方中信合作主演的爱情电影《蓝色矢车菊》中饰演极具音乐天赋的大提琴女孩桑朵 。
2013年4月，与郭富城、张家辉合作主演的剧情片《同谋》上映，其在片中饰演的芷慧展现了清新可人的邻家女和风情万种的歌姬两种形象 ；6月22日，主演的根据作家毕飞宇的原著《上海往事》小说改编的古装家庭剧《像火花像蝴蝶》首播，江一燕凭借在剧中饰演外表清冷孤傲、实内心温柔细腻的头牌歌女宋永芳获得第13届华鼎奖近代革命剧最佳女演员奖，同时她还为该剧配唱片尾曲《外婆桥》[41-42] ；12月6日，继续出演动作影片《四大名捕》系列三部曲之第二部《四大名捕2》 。
2014年7月4日，由其主演的惊悚片《笔仙3》上映，她在片中饰演心里抑郁神经质的单身妈妈丽娜 ；8月22日，继续出演动作影片《四大名捕》系列三部曲的大结局篇《四大名捕3》，并凭借其获得第16届华鼎奖最佳女配角 。
2016年5月，被选为第19届上海国际电影节亚洲新人奖评委 ；6月，江一燕参与了明星女神生活体验真人秀《我们来了》，并在节目中与其她几位嘉宾共同诠释了东方女性之美 ；12月2日，与林更新、何润东联袂主演的3D武侠电影《三少爷的剑》上映，江一燕继续挑战侠女饰演慕容世家大小姐慕容秋荻 ；18日，获得网易有态度人物盛典年度最有态度突破女王奖 。
2018年10月演唱《帝企鹅日记2》推广曲《召唤》 ；11月，获得第1届绍兴·柯桥新锐电影节最受欢迎女演员和绍兴之光两大奖项 。
2018年09月，“江一燕LOVEforWildlife”野生动物保护公益摄影展在武汉天地壹方购物中心开幕。
2019年4月，出版新书《在时光里流浪》 ；6月受邀拍摄湖南卫视《我们的非洲朋友》，乘直升机追击盗猎者 。同年6月，受邀拍摄明星出演湖南卫视《我们的非洲朋友》。
演戏之余，江一燕开通了自己的自媒体号，在这个集阅读与分享为主要内容的平台，用文字、声音及摄影作品去还原诗歌的魅力，定格摄影的永恒，寻找未知的美好。同时，她还在平台推荐优秀的作品和读者分享，也邀请大家加入分享 。
2008年3月，她受国际环保组织的邀请前往非洲，考察当地生态、自然环境，并将所到之处的真实情景拍摄下来，号召全社会关注我们生存的环境 ；5月5日，江一燕担任母婴平安120行动爱心大使 ；5月19日，她与影迷们在绍兴举行“爬迷祈福会”，共同为地震灾区人民祝福，并现场为灾区捐款5万元；随后，她又委托经纪公司向红十字会捐助了5万元人民币 。
2010年4月3日，江一燕参加在北京举行的公益晚会《抗旱救灾-我们在行动》，并现场担任志愿者，接听公益热线 。
2011年3月，她为云南地震捐赠百条被子 ；随后，设立爬行者爱心助学基金；23日，她还与《时尚先生》执行出版人张晓冬率领的工作团队抵达日本熊本市，向熊本市市长幸山政史转交地震海啸赈灾善款，并被授予熊本市为期三年的亲善观光大使 ；10月，江一燕与三位志愿者前往广西巴马长洞小学，为孩子们带去200双球鞋，并进行为期十天的支教活动；12月17日，江一燕参加《相信爱》慈善拍卖晚会，首次公开讲述爱心公益背后的故事，声泪俱下感动全场 。
2012年2月，为广西巴马长洞小学修宿舍玻璃捐赠10000元 ；7月，为重型地中海贫血患儿王椿梅捐款10000元；8月，随“希望之履”前往四川凉山地区为山区小学的学生送鞋；9月，为云南蠡良县地震灾区雄块村捐款10000元；11月，为山区儿童购置150件羽绒服。
2014年4月，为汶川“飞飞球队”送去礼物，包括5件T恤和5个书包 ；6月24日，江一燕以亚洲动物基金关爱月熊守护大使的身份，参加亚洲动物基金联合HELLOKITTY40周年共同举办的公益巡展，揭幕自己首次公益跨界设计的义卖T恤绘画手稿，呼吁大家保护野生动物，关爱黑熊 ；11月，她为自己的爱心基金拍摄了一组“微笑与感动”的宣传海报 ；12月，前往广西支教，和孩子们一起过圣诞节。
2015年9月起，她开始在各地举办“江一燕LOVE公益摄影展”，将所有的收入捐献给支教事业 ；11月，江一燕出席美国《国家地理》举办的全球摄影大赛，并获得《国家地理》全球摄影大赛中国赛区华夏典藏奖 ；12月，她成为中央电视台年度《感动中国》22位候选人之一，央视网称其为“以公益支教为生活方式的明星” 。
2016年2月，江一燕再次赴广西巴马山区支教，这是她支教的第九年 ；4月，入围共青团中央年度“全国向上向善好青年”百人名单的“崇义友善好青年” ；5月，被选为里约奥运火炬手，代表“中国温度”参与6月30日在巴西伊瓜苏段的奥运圣火传递 。9月组织成立“爬行者公益团” 。
2017年8月，组织“与你同在的夏天”夏令营，首次带广西山区的孩子来到北京 ；11月，在全国范围内发起“燕影行动”，组织脊髓损伤伤友免费观看电影《七十七天》，推动无障碍出行。
2018年1月31日，《中国慈善家》揭晓了“2017中 国慈善名人榜”，江一燕排名第13 。9月，与野生救援和英国驻武汉总领事馆在武汉举办“LOVEForWildlife”公益摄影展。
2019年4月，在上海迪士尼举办“爱与自然”公益摄影展，为野生动物保护发声。 6月，江一燕受聘成为浙江省禁毒宣传形象大使 。
和很多女明星不同，江一燕低调的出奇，除了大银幕，很难在娱乐八卦新闻中看到她的名字。在朋友们眼中，江一燕是那种躲在角落里的艺人，看起来乖巧温顺，不多话，总是微笑示人。表演、音乐、写作，她跨界演绎不同的自己，大银幕上天马行空地描绘各种人生百态，也为江一燕在音乐创作提供灵感（网易网、搜狐网评 ）。
从2007年首部胶片电视剧《无处安放的青春》里浪漫可人的周蒙，到《南京！南京！》中风尘倔强的舞女小江，再到浪漫爱情片《蓝色矢车菊》里俏皮可爱的桑朵，江一燕时刻变幻着出现在观众眼前，却抹不去身上那独特的纯净气息，在时间的淬炼中慢慢蜕变后散发阵阵幽香，变得优雅、成熟、知性（1905电影网评 ）。
11月21日下午1点，江一燕通过微博公开道歉，称自己会积极配合相关部门的一切调查约谈，接受所有规范下的决定[116-117] 。
