1995–2004

Adams mula berkerja secara professional sebagai penari di Boulder's Dinner Theatre, Country Dinner Playhouse dan Heritage Square Music Hall. Di sana, beliau dijumpai oleh pengarah teater makan malam Minneapolis, Michael Brindisi, pada tahun 1995.[7] Adams berpindah ke Chanhassen, Minnesota dan bekerja di Chanhassen Dinner Theatres untuk tiga tahun berikutnya. Beliau menjalani uji bakat filem komedi 1999, Drop Dead Gorgeous yang menjalani pengambaran di Minnesota dan dipilih untuk peranan filem pertamanya. Adams berpindah ke Los Angeles pada bulan Januari 1999.[7] Sejurus selepas tiba di Los Angeles, beliau dipilih ke dalam Manchester Prep untuk watak Kathryn Merteuil. Siri ini kemudiannya dibatalkan.[8] Episod yang sudah difilemkan kemudiannya disunting semula untuk dikeluarkan sebagai filem terus ke video, Cruel Intentions 2.[9]

Bermula tahun 2000 sehingga 2002, Adams muncul dalam beberapa filem kecil seperti Psycho Beach Party serta membintangi sebagai tetamu dalam siri televisyen seperti That '70s Show, Charmed, The Office, Buffy the Vampire Slayer, Smallville dan The West Wing. Beliau muncul dalam Catch Me If You Can sebagai Brenda Strong. Pada tahun 2004, beliau membintangi The Last Run serta menyuarakan karakter dama siri televisyen animasi, King of the Hill. Beliau juga dipilih sebagai pelakon tetap dalam siri televisyen, Dr. Vegas sebagai Alice Doherty.[9]

2005–2007

Adams di set Enchanted (2007)

Sebelum meninggalkan Dr. Vegas, beliau telah menerima skrip untuk filem bebas bajet rendah, Junebug dan menjalani uji bakat untuk watak Ashley Johnsten.[6] Filem ini menjalani pengambaran selama 21 hari di Winston-Salem, North Carolina. Junebug dibuka di Festival Filem Sundance 2005.[10] Selepas tayangan teater The Wedding Date pada bulan Februari 2005 dimana Adams muncul bersama-sama Debra Messing dan Dermot Mulroney, Junebug ditayangkan di teater oleh Sony Pictures Classics pada bulan Ogos.

Adams kemudiannya muncul dalam filem Standing Still dan Talladega Nights: The Ballad of Ricky Bobby serta melakonkan peranan berulang sebagai Katy dalam siri televisyen, The Office. Selepas menyuarakan watak Polly Purebred dalam Underdog, Adams membintangi filem 2007 Disney, Enchanted. Filem itu juga dibintangi Patrick Dempsey, Idina Menzel, Susan Sarandon dan James Marsden. Enchanted mencapai kejayaan komersial dengan mengutip lebih daripada $340 juta di seluruh dunia.[11] Her performance was well received by critics.[12] Adams muncul dalam Charlie Wilson's War sebagai Bonnie Bach. Projek Adams yang seterusnya adalah Sunshine Cleaning. Filem ini dibuka di Festival Filem Sundance 2008 Sundance dan menerima ulasan bercampur.[13]

2008–2012

Adams ketika Anugerah Akademi ke-81, Februari 2009Adams bersama Owen Wilson dan Ben Stiller semasa mempromosi Night at the Museum: Battle of the Smithsonian pada bulan Mei 2009

Filem pertamanya pada tahun 2008 merupakan filem, Miss Pettigrew Lives for a Day dimana beliau berlakon sebagai Delysia Lafosse. Pada lewat tahun 2008, Adams membintangi Doubt bersama-sama Meryl Streep, Philip Seymour Hoffman dan Viola Davis. Peranan Adams yang seterusnya adalah sebagai Amelia Earhart dalam Night at the Museum 2: Battle of the Smithsonian dibintangi Ben Stiller. Walaupun filem ini menerima ulasan bercampur, lakonan Adams dipuji oleh kebanyakan pengkritik.[14] Pada tahun yang sama, Adams membintangi Julie & Julia bersama-sama Meryl Streep.[15]

Adams di Festival Filem Antarabangsa Toronto, September 2012

Pada tahun 2010, Adams membintangi Leap Year dan The Fighter dimana beliau berlakon sebagai Charlene Fleming. Pada tahun 2011, beliau sekali lagi bekerja bersama Disney, membintangi filem The Muppets bersama-sama Jason Segel dan The Muppets.[16]

Adams menerima ulasan terbaik dalam kariernya untuk lakonannya dalam The Master. Di dalam filem ini, Adams melakonkan watak Peggy Dodd. Adams juga membintangi Trouble with the Curve. Filem ini menerima ulasan bercampur tetapi lakonan Adams dipuji oleh pengkritik.[17] Adams membintangi filem On the Road bersama-sama Viggo Mortensen.

2013–sekarang

Adams di Festival Filem New York, 2013

Adams melakonkan watak Lois Lane dalam Man of Steel. Pada tahun yang sama, Adams membintangi bersama-sama Christian Bale, Bradley Cooper dan Jennifer Lawrence dalam filem American Hustle, diarahkan oleh David O. Russell. Di dalam filem ini, beliau melakonkan watak Sydney Prosser. Adams juga muncul dalam filem Her.[18]

Beliau membintangi Big Eyes sebagai Margaret Keane.[19] Adams dijadual akan membintangi Object of Beauty.[20] Beliau akan menyambung wataknya sebagai Lois Lane dalam Batman v Superman: Dawn of Justice dan Justice League.[21] Adams juga telah disahkan akan membintangi Get It While You Can.[22]

Adams akan membintangi Story of Your Life sebagai Dr. Louise Banks.[23] Adams juga dijadual akan membintangi filem Nocturnal Animals.[24]