2004年，出演黄力加执导的古装传奇剧《台湾首任巡抚刘铭传》，剧中饰演马来诗媛佣人灵凤。2005年，参演徐静蕾、刘亦菲、蒋雯丽主演的青春励志剧《豆蔻年华》。2006年，殷旭回归家庭，选择暂停拍戏。

2009年，参演章子怡、范冰冰、何润东主演的爱情喜剧片《非常完美》，饰演电梯小朋友的妈妈，从而正式复出。2012年，出演孙恺凯执导的古装穿越剧《唐朝好男人》，在剧中饰演大唐的兰陵公主。

2013年，主演麒麟执导的动作爱情片《古墓兽影》，殷旭饰演性格坚韧、容颜俏丽且情感曾受挫折，但仍重情重义的戴慧；2014年5月28日，在“STYLE-2014风格盛典”中殷旭获得“新锐风格明星”奖。

2015年3月，主演刘赫尧执导的悬疑惊悚片《九月照相馆》，在片中饰演爱孩子、爱丈夫，尊敬老人的女子李丹；11月30日，出演由郑晓龙执导的古装爱情传奇剧《芈月传》首播，殷旭在剧中饰演秦惠文王之妃卫良人。

2017年7月12日，主演由虎子执导的年代抗战剧《红》杀青，殷旭在剧中饰演从小深受西方民主自由思想影响，性格直爽率真，爱恨分明的大家小姐孟珮琳；8月，与杨子姗 、郑恺合作出演金晔执导的都市情感剧《好久不见》。

2018年1月，其参演靳东、江疏影、李宗翰主演的都市情感剧《恋爱先生》在东方卫视播出，饰演外表强悍、内心善良且渴望被保护的女孩陈静；7月19日，参演秦岚、聂远、吴谨言主演的大型古装剧《延禧攻略》，殷旭在剧中饰演方姑姑一角。