黄柳霜很小就给父亲的洗衣店打下手，给顾客送去洗好的衣服。一次，黄柳霜得到客户一笔小费，她用这笔钱去看了有生以来的第一场电影。从此，她对电影就着了迷。洛杉矶当时是电影制作中心，9岁的黄柳霜常到街头的拍片现场观看电影的拍摄，渐渐萌发了演电影的念头。她会在拍片现场向拍摄人员提出各种问题，并央求导演让她参加演出 。
1924年，在道格拉斯·范朋克的邀请下，出演美国电影《巴格达窃贼》，在片中饰演一个狡猾的蒙古奴隶。1927年，参演的美国电影《老旧金山》上映，她在片中饰演一位华人妓女 。同年，她登上《良友画报》总第十六期的封面 。
1928年，为了摆脱好莱坞对其华裔身份的刻板定位，黄柳霜离开美国好莱坞，前往欧洲拍摄电影 。期间，她共担任五部英国电影的主演。1929年，主演的英国电影《唐人街繁华梦》在欧洲上映，这是她个人职业生涯中的最后一部默片电影。她在剧中饰演克服困难成为舞蹈家的女仆“Shosho”。该片的宣传覆盖英国伦敦的各个电影院、餐馆、舞厅及剧院，还在亚洲范围宣传 ；黄柳霜凭借在该片中的演出，获邀出席英国王室宴会 。
1930年，黄柳霜受派拉蒙影业的邀请重回好莱坞，在纽约百老汇出演了167场舞台剧《闪光》 。1931年，与日裔男演员早川雪洲共同主演的美国电影《龙女》在美国上映。她在片中饰演反对白人的亚洲恐怖女领袖、傅满洲的女儿“Princess Ling Moy” 。1932年，与玛琳·黛德丽共同主演的美国电影《上海快车》上映，该片在美国取得了370万美元的首映票房 。她在片中饰演红楼翠幔里的青楼女子 。同年，首部以上海为背景的美国电影《大饭店》在上海公映，她在片中出演女二号，但在电影宣传中被刻意隐去名字 。1934年，拍摄了四部由她主演的英国电影《老虎湾》《朱清周》《爪哇岛西顶点》和《莱姆豪斯蓝调》。同年，黄柳霜被纽约模特儿组织Mayfair Mannequin Society评选为“全球衣着最佳女子” 。
1936年1月，由赛珍珠所写的诺贝尔文学奖作品《大地》筹备改编成美国电影，因为该片描绘了中国农民的善良与纯朴，所以黄柳霜积极参与竞选电影女主角O-lan，但最终因美国的人种歧视而落败 。因该事件的打击，黄柳霜随即开启中国寻根之旅。此行，赫斯特报团派出了专职摄影师黄海升随行，为黄柳霜拍摄照片和纪录片。2月9日，黄柳霜首度抵达上海，并在游轮舞厅召开记者会 。她在中国停留9个月，并在同年返回美国洛杉矶 。1937年4月3日，参演的美国电影《好莱坞派对》上映，她在片中和克拉克·盖博演对手戏，还在片中展示数件中国旗袍 。 1942年，出演的反日宣传电影《缅甸炸弹》和《重庆夫人》在美国播出，她将这两部电影的片酬所得全数捐赠给了中国联合救济会。随后，黄柳霜从电影界隐退。1951年8月27日到11月21日，黄柳霜出演了为其创作的美国电视剧《柳霜夫人的画廊》，她在剧中以本名出演 。
1960年，作为首位华人明星在好莱坞星光大道的落成典礼上留星 。3月15日，客串参演的电视剧《怀亚特·厄普的传奇一生：中国玛丽》在电视台播出，她在剧中饰演玛丽一角。9月3日，参演的美国电影《黑色肖像》播出，她在片中扮演拉娜·特纳的女仆。1960年，电影《花鼓歌》和《苏丝黄的世界》的摄制组邀请她复出影坛出演女主角，最终因病未能参与拍摄 。
抗日战争时期，黄柳霜在美国电影界的宴会、慈善机构的集会上，多次发表演说，呼吁美国民众积极支持中国抗战，并将在中国选购的众多珠宝首饰拿出来义卖，所有款项于1939年汇到中国支持抗战 。
黄柳霜身材高挑、千娇百媚、成熟优雅，让人销魂。她凭借首创的“中国娃娃”造型，成为西方世界的东方美女形象 。她的个人魅力令男性观众产生强烈的热情。作为好莱坞黄金年代里的东方情调，黄柳霜是西方时尚圈无法忽视的存在 。（《世界日报》、《档案春秋》、环球网、《时代周刊》、《外滩画报》评）
2011年，第29届亚洲美洲电影节举办展映活动，公开放映黄柳霜的生平纪录片 。
2015年，第十八届上海电影节期间，推出独立回顾单元《面孔的秘密——黄柳霜诞辰110周年》，展映黄柳霜的两部电影作品《唐人街繁华梦》和《上海快车》 。
2019年1月12日，在方所重庆店举行《时尚与时间的对话——好莱坞女星真迹展》，其中包括黄柳霜的展品 。
2020年1月22日，搜索引擎Google为黄柳霜特别制作了一组涂鸦图案，在美国、加拿大、冰岛、瑞典、意大利、日本、越南等国家的Google首页展示 。