Su primera aparición en el cine de Hollywood ocurrió en la película Chain Reaction (1996) junto con Keanu Reeves y Morgan Freeman.
Ganó además un Premio BAFTA a la mejor actriz de reparto por su papel como la duquesa Sarah Churchill en La favorita (2018).
[11][12] Tras su experiencia como modelo de pasarela,[13] Weisz apareció en 1992 en la película para televisión Advocates II en un papel menor.
[16] Luego interpretó a Miranda Fox en Belleza robada, dirigida por el cineasta italiano Bernardo Bertolucci.
[22] En 2001 interpretó nuevamente a Evelyn en La momia regresa, cinta que recaudó aproximadamente 433 millones de dólares en todo el mundo.
[27] En 2004 la actriz apareció en la comedia Envy junto a Ben Stiller, Jack Black y Christopher Walken.
[28] Un año después actuó junto a Keanu Reeves en Constantine, filme basado en el cómic Hellblazer.
[29] La publicación Film Threat se refirió a su actuación en la cinta como «eficaz para proyectar escepticismo y terror simultáneamente».
[41] El diario San Francisco Chronicle calificó su interpretación de la Reina Isabel como «menos convincente que sus roles anteriores».
[49] Ese mismo año aportó su voz como estrella invitada en la serie animada Los Simpsons en el episodio de la vigesimosegunda temporada «How Munched is That Birdie in the Window?».
[54] En 2016 actuó en la película dramática La luz entre los océanos en un elenco conformado por Michael Fassbender y Alicia Vikander, e interpretó a la historiadora del holocausto Deborah Lipstadt en Denial, producción cinematográfica dirigida por Mick Jackson.
En la cinta, Weisz encarna a Ronit Krushka, una judía que sostiene una aventura lésbica con una amiga de su infancia.
[60] El mismo año, la actriz apareció en The Shape of Things de Neil LaBute en el Teatro Almeida.
El diario Daily Telegraph señaló que en ella la actriz «se enfrenta al desafío de forma magnífica».
En abril de 2018 se anunció que Weisz y Craig estaban esperando su primer hijo juntos.
[69] En 2009, Weisz expresó su opinión sobre el uso del botox en la revista Harper's Bazaar: «Debería estar prohibido para los actores, al igual que los esteroides para los deportistas.
La actuación se basa en la expresión; ¿por qué querrías arreglar un ceño fruncido?»[70] Durante su carrera ha aparecido en la portada de revistas como insideKENT, Vogue[71] y Esquire.