2009年,导演韦正开拍都市青春喜剧《爱情公寓》,还在上大二的娄艺潇经由陈赫介绍到剧组试镜,最终确定饰演野蛮泼辣的御姐胡一菲,剧中为配合剧情娄艺潇还自编了一段舞蹈。
2011年1月,《爱情公寓Ⅱ》首播,再次主演女一号胡一菲。3月,在优酷主办的优酷影视指数盛典上,娄艺潇和陈赫获得开年最给力组合奖项。
2012年7月,与陈赫搭档再次主演《爱情公寓3》,并和各主演演唱爱情公寓同名主题曲。同年,娄艺潇还主演了演奏家薛汀哲拍摄的音乐微电影《独奏者的秘密》,饰演一位单纯痴情的女生。
2014年1月17日,主演的《爱情公寓4》播出,此剧播出后多次刷新中国国产电视剧网络播放纪录,首播期总播放达17.2亿次,娄艺潇个人也因此登上各大热搜榜的前列。;同年与爱情公寓剧组一起参加湖南卫视综艺节目《快乐大本营》。9月,亮相纽约时装周春夏秀场。12月,娄艺潇还主演了金庸剧《鹿鼎记》,在剧中扮演建宁公主。
2015年5月,与刘恺威、白冰共同主演都市情感励志剧《你是我的姐妹》,并在剧中扮演安宁。9月,主演了都市励志剧《爱情珠宝》,剧中娄艺潇一人分饰两角。12月,娄艺潇还与杨玏搭档主演了《别对爱撒谎》,饰演年轻妈妈郝乐意。
2016年2月7日,娄艺潇参加央视春节联欢晚会。随后,主演了电视剧《忘情歌》。10月,以旁听生助教身份加盟湖南卫视原创校园纪实节目《一年级·毕业季》。
2017年1月,娄艺潇与朱军搭档共同主持了中央电视台综艺频道的《2017东西南北贺新春》。3月,娄艺潇参加浙江卫视综艺节目《王牌对王牌第二季》,与陈赫、马苏、林更新、孙艺洲组成青年演员队。5月,娄艺潇作为补位歌手加盟北京卫视综艺节目《跨界歌王》。7月6日,娄艺潇与华纳音乐签下音乐合约,正式开启歌手之旅,同日发行首支个人单曲《野生情人》,7月13日,歌曲MV发布。8月17日,代言手游《弹弹岛2》新版本上线。