1999年参演首部电影《春天的狂想》，凭借饰演的周小玫一角获得第19届中国电影金鸡奖好佳女配角奖[2] 。2003年凭借电影《美丽的大脚》获得第26届大众电影百花奖好佳女配角奖[3] 以及第9届中国电影表演学会奖金凤凰奖[4-5] 2005年出演多媒体音乐话剧《琥珀》。[6] 2007年发行首张专辑《孤独的花朵》，同年入选“中国话剧百年名人堂”。[7] 2009年以电影《如梦》入围第46届台湾电影金马奖好佳女主角。[8] 2010年获得第07届中国话剧金狮奖表演奖。[9] 2012年在电影《大上海》中饰演叶知秋一角。[10] 2013年凭借话剧《简爱》获得梅花奖[11] 。2013年参演电影《扫毒》。[12] 2014年出演电影《后会无期》[13] 。2016年，参演赵薇导演作品《没有别的爱》[14] 和动作电影《危城》[15] 。
演艺事业之外，袁泉热衷于公益事业。2002年成为北京市朝阳区志愿者协会注册会员。[16] 2008年当选上海国际电影节十大环保明星。