2001年，主演潘小扬执导的现代都市电影《轻松一点》，饰演女一号周卉，该剧是武笑羽第一次参演电影，获得第22届飞天奖，凭借该片武笑羽正式进入娱乐圈。2002年，出演舞蹈《如火的青春》获第二届CCTV舞蹈大赛金奖第一名。

2003年，参演潘小扬执导的刑侦情感剧《忠诚卫士》，在剧中饰演纪委书记之独生女小周；同年，主演潘培成执导的悬疑警匪剧《不可磨灭》，在剧中饰演黑老大叛逆的独身女安然 。

2011年，主演闫月执导的悬疑题材电影《敦煌传奇》，饰演酒店老板婷婷；11月参演黄伟执导的都市情感剧《守望》，饰演彭素雯。

2012年，参演由刘恺执导的都市情感喜剧《失恋33天》，武笑羽在剧中饰演年轻时代张阿姨 ；同年，参演音乐小说微电影《黑眼睛》，饰演天娜。

2013年，主演的儿童励志电影《空山鸟语》，饰演支教老师徐晓娅；2月，主演闫月执导的青春励志电影《相遇就在寒冷的季节》，饰演小羽，并发布同名歌曲。10月，主演张瀚文执导的参演的警匪爱情剧《暗警》，在剧中饰演因男友陷害而染上毒品，后配合警校的弟弟帮助警方破案的赵晓霞。

2015年，主演刘云执导的怀旧题材电视剧《念念不忘的岁月》，武笑羽在剧中饰演市长千金陈静；同年8月，主演蔡晶盛执导的参演都市爱情剧《爱情筑梦师》，在剧中饰演兢兢业业的小饭馆老板娘安冉；9月，主演刘恺执导的都市时尚轻喜剧《追婚记》，在剧中饰演拜金女付静芝；12月，主演刘家成执导的都市情感电视剧《复婚前规则》，武笑羽在剧中饰演一个北京大妞郭悦。

2016年，主演张开宙执导的悬疑爱情电视剧《如果蜗牛有爱情》，饰演叶氏集团三千金“叶俏；同年6月，由李雪执导，靳东、白百何联袂主演励志情感剧《外科风云》，在剧中饰演了一个“特殊病患”——柳灵

2018年，《正阳门下小女人》在北京卫视播出，收视率连续一周登陆榜首，稳居收视第一 。该剧由刘家成执导，蒋雯丽、倪大红联袂主演的大型都市情怀剧《正阳门下小女人》，武笑羽在剧中饰演蒋雯丽和倪大红的女儿徐静理；同年，由张开宙执导，赵丽颖、冯绍峰联袂主演古代社会家庭题材剧《知否知否应是绿肥红瘦》，武笑羽在剧中饰演英国公嫡女张氏。2018年，武笑羽还参演了由张永新导演的重大革命题材电视剧《觉醒年代》，饰演胡适的夫人江东秀 ；同年武笑羽主演刘家成导演的电视剧《温暖的土地》，饰演蒋梦莲。

2019年出演惠楷栋指导、黄晓明 、 谭卓主演电视剧《危机先生》，饰演周雪。

2020年出演张开宙指导、王凯 、 江疏影 主演的古装电视剧《清平乐》，饰演薛玉湖。