En 2003, protagonizó Cell Phone, que se convirtió en la película china más taquillera del año, y fue aclamada por la crítica en los Hundred Flowers Awards.

Ella había sido recomendada por la actriz taiwanesa Leanne Liu para unirse al elenco.

Cuando Fan y su madre querían terminar el contrato, la compañía de Chiung Yao solicitó una compensación de ¥1 millón, pero finalmente el tribunal le ordenó a Fan pagar ¥200 000 porque el contrato era ilegal debido a su edad.

En 2003, protagonizó Cell Phone de Feng Xiaogang, que se convirtió en la película más taquillera del año en China.

Ahora tengo 25 años, tengo entre 25 y 30 años, creo que enfrentaré cualquier experiencia que la vida o la carrera me presente, este período es un momento muy importante o una encrucijada para mí, y no quiero apresurarme a tomar cualquier decisión.

Ella protagonizó ocho películas en 2007, ganando el Premio a la Mejor Actriz de Reparto en los 44.º Golden Horse Film Awards por su papel en The Matrimony.

[24]​ Ese año, su estudio realizó su primera producción televisiva, Rouge Snow (2008), adaptada de la novela del mismo nombre.

[26]​ Ese año, Fan protagonizó la película de drama criminal Shinjuku Incident y fue elogiada por la crítica por su actuación.

[27]​ También desafió su primer papel de comedia en Sophie's Revenge junto a Zhang Ziyi.

[33]​ En 2011, Fan protagonizó la película de artes marciales Shaolin junto a Andy Lau y Jackie Chan y The Founding of a Party, que se estrenó para conmemorar el 90 aniversario del Partido Comunista de China.

[34]​[35]​ Ese mismo año, participó en la película francesa Stretch con Nicolas Cazalé y David Carradine, así como en la producción surcoreana My Way.

El 12 de diciembre, Fan apareció en Lost in Thailand, en la que hizo un cameo gratuito para "ayudar" a su primer cineasta, Xu Zheng.

[54]​ El mismo año, protagonizó junto a Aarif Rahman en la comedia romántica One Night Surprise, que se transmitió en el Día de San Valentín chino.

[57]​[58]​ El 18 de mayo, The Hollywood Reporter honró a Fan como el Artista Internacional del Año en Cannes.

[61]​ En 2014, Fan interpretó al mutante Blink (Clarice Ferguson) en la película estadounidense de superhéroes X-Men: primera generación.

[66]​ Louis Vuitton también eligió a Fan como la primera actriz asiática que recibió un vestido especialmente diseñado para su alfombra roja.

[68]​ En la serie, Fan interpreta al personaje titular Wu Zetian, la única mujer emperadora en la historia china.

[74]​ Fan también protagonizó la película histórica Lady of the Dynasty, donde interpreta a Yang Guifei.

[76]​ En 2016, Fan apareció en la comedia de acción Skiptrace junto a Jackie Chan y el actor estadounidense Johnny Knoxville, que le otorgaron el premio a la Mejor Actriz de Reparto en los 1st Golden Screen Awards.

[96]​ En octubre de 2018 la actriz desapareció misteriosamente y durante tres meses no se conoció su paradero.

El estudio de Fan emitió una declaración en la que negaba haber firmado contratos separados para un solo trabajo.

Afirmaron que cooperarían plenamente con las autoridades pertinentes en la investigación y abordarían las preocupaciones del público.

[...] Sin las excelentes políticas del Partido y el país, sin el cariño de la gente, no existiría Fan Bingbing".

[106]​ Heart Ali, un proyecto iniciado por Fan y Chen Lizhi (el gerente general de Beijing Maxtimes Culture Development Co.Ltd), tiene como objetivo ayudar a los niños que padecen una enfermedad cardíaca congénita en la prefectura de Ngari en el Tíbet.

[107]​ Fan los ha visitado varias veces con equipos médicos para identificar a los niños que necesitan tratamiento.

[108]​ Después de la identificación, los niños y sus padres son llevados en grupos a Beijing o Shanghái para la cirugía.

[116]​ Since August 2010, more than 200 children with congenital heart disease have received medical treatment in Beijing and Shanghái.

[131]​[132]​ El 5 de diciembre, fue galardonada como "La mujer más bella del año" por la revista Esquire (edición china).

[133]​ El 24 de diciembre, fue seleccionada por el sitio web Red Carpet Fashion Awards como la Mejor Estrella Internacional Vestida 2012.