Empezó trabajando en series de televisión como Menudo es mi padre, dirigida por Manuel Valdivia y Guillermo F. Groizard.
También en el 2000 hizo un pequeño cameo en la película La gran vida en la que trabajaban Carmelo Gómez y Salma Hayek.
María (Pilar López de Ayala) se va del hogar familiar, procedente del norte por algún problema que le hace no querer hablar con su familia, ni pedir ningún tipo de ayuda, viéndose obligada a soportar una vida dura en Madrid.
El veterano director Vicente Aranda eligió a Pilar López de Ayala para protagonizar Juana la Loca (2001).
La actriz encarnaba a Juana de Castilla, apodada “La Loca” por sus manifestaciones histriónicas motivadas por un amor u obsesión hacia el hombre con el que estaba obligada a contraer matrimonio, Felipe I Habsburgo (interpretado por Daniele Liotti), situación que se veía alimentada por las continuas infidelidades de Felipe, apodado “El Hermoso” y la muerte de su madre Isabel La Católica.
Obaba es una película del director navarro Montxo Armendáriz basada en Obabakoak, del escritor vasco Bernardo Atxaga, una colección de cuentos que tienen como trama marco un lugar llamado Obaba, donde se mezcla magia y realismo.
Pilar López de Ayala tuvo un pequeño papel, una mujer frágil totalmente sometida a los designios del infame Malatesta.
Pilar López de Ayala actuó en francés, teniendo que estudiar los diálogos fonéticamente.
En 2007 Emilio Martínez Lázaro rodó la película con Pilar López de Ayala en el papel de Blanca Brisac, una madre y esposa católica que durante la guerra se ve obligada a ocultar sus imágenes religiosas, porque era peligroso que estas fueran encontradas en zonas ocupadas por los republicanos.
Gloria Duque (Victoria Abril) sigue siendo una ladrona y a lo largo de los años ha hecho amistad con otras tres mujeres que la acompañan en sus robos.