2002年，拍摄毕业作品《我在天堂等你》。凭借该剧荣获第十五届上海白玉兰戏剧表演艺术奖女主角奖、2002年全军新剧目展演、个人表演二等奖；此剧获五个一工程奖，荣获国家大奖荣立三等功 。
2006年，与王学兵，梁静，林好等主演电视剧《桃花灿烂》饰演水香 。
2008年，因出演《女人一辈子》中“陶小桃”一角，获得第十四届上海电视节白玉兰奖最佳女主角提名。2009年，主演《杨贵妃秘史》，殷桃扮演“杨贵妃”这一角成为各大网站的热门搜索人物。参演《鹰隼大队》，殷桃、沙溢、林永健、胡亚捷、高亚麟、周晓斌、刘敏、谭涛、姬晨牧等空政演员主演。“军旅之花” 殷桃在剧中扮演一位中航服务队的武器专家，帮鹰隼大队飞行员调试飞机，配合他们做一些试验。为了参演《鹰隼大队》，殷桃还不惜推掉不少片约。殷桃参演《苍穹之昴》，殷桃则在剧中变身为神秘的张夫人 。参演战争情感大戏《延安爱情》的拍摄，该剧由导演曹保平执导。殷桃倾情演绎女一号苏贞，是一名为共产主义理想奔赴延安的进步青年。
2010年，殷桃领衔主演的宫廷大戏《苍穹之昴》于1月2日在日本NHK电视台播出，收视率超过同期NHK重点大河剧《龙马传》，引起了日本观众的广泛关注。
2011年，殷桃在央视春节联欢晚会上表演节目《过年回家》。10月出任久保田利伸歌曲《无法用言语表达》MV的女主角 。
2012年，国家广电总局出版的#2012年优秀电视剧选集#影碟套装一共收录了30部作品，温州一家人、延安爱情上榜。《温州一家人》入选2012全球华人十大电视剧（亚洲周刊）。殷桃在剧中饰演“温州女儿”周阿雨，上演了一段 “小人物”的异国创业史 。4月，参与中国首部防灾题材动画电影《今天·明天》制作，为女主角夏娜配音。9月搭档张国强出演电视剧《无贼》 。
2013年4月4日，北京电视节目交易会表彰典礼“北京电视剧之夜”——年度优秀电视剧荣誉表彰活动昨晚在京举行，电视剧《温州一家人》荣获“2012年度观众喜爱的优秀电视剧”称号。9月参演电视剧《假如幸福来临》 。
2014年8月10日，都市生活喜剧《我为儿孙当北漂》在北京开机，殷桃剧中饰演北漂夫妻四川姑娘田蓓蕾 。同年殷桃主演的电视剧《无贼》， 该剧12月20日在北京卫视红星剧场播出。 同年参演都市爱情剧《假如幸福来临》，扮演女主角叶百合 。出演3D犯罪悬疑电影《警察故事2013》，殷桃在片中饰演京城著名“妈妈桑”兰兰 。
2015年，出演《临时演员》与热依扎、郑凯等合作 。同年7月，民国大片《那些女人》顺利杀青，殷桃首次挑战风情角色，饰演一位乱世中水乡歌女惠姑娘 。9月，电视剧《生死血符》在中央八套黄金强档播出，殷桃此次在剧中扮演宋美龄 。10月17日电视连续剧《检察官》开机，殷桃饰演夏静茹 。11月浙商现实题材电视剧《鸡毛飞上天》开机，殷桃饰演骆玉珠。
2016年8月28日，电视剧《爱情的边疆》（又名《雪乡绝恋》）在大连开机 。
2017年6月，殷桃凭借《鸡毛飞上天》获得第23届上海电视节-白玉兰奖最佳女主角奖 。
2018年9月28日，殷桃领衔主演的国庆献礼剧《你迟到的许多年》登陆湖南卫视，在剧中饰演自由前卫、于爱情与理想之间颠簸的白衣天使莫莉 ；9月28日，凭借《那些女人》获得第16届平壤国际电影节最佳女配角奖 。
2019年10月，入围第六届“中国电视好演员”蓝组女演员候选名单 。
2020年，主演电视剧《涩女郎》 。
2021年1月24日，殷桃领衔主演的都市职场剧《正青春》播出，在剧中饰演职场女精英林睿 。
2015年7月24日，随着跨界的“文体恋”不断升级，人们也对其爱情的后续进展时刻保持着关注。殷桃和李金羽牵手出入酒店，两人动作亲昵但又自然大方，俨然夫妻一般。但最终还是无疾而终 。
殷桃第一次到基层部队是到河北省丰宁一个野战部队参加新兵集训 。训练的地方是一块盐碱地，最缺的是水，一个装满的八磅热水瓶是她们每两个人每天的定额用水，这些水既包括饮用，也包括洗涮用。宿舍里推举殷桃做代表，找班长要水。殷桃对班长说明情况。班长最后决定把男兵的饮用水给了女兵。 ”之后女兵宿舍知道情况后，大家都觉得不好意思，推举殷桃，让她到班长那里代大家道歉。殷桃去道歉之后，男兵女兵大家就亲切起来 。
2007年，殷桃被中国法学会反对家庭暴力网授予“反对家庭暴力白丝带使者”称号 。
2011年5月8日是世界红十字日，也是重庆红十字会百年华诞。殷桃成为重庆红十字会、重庆红十字基金会形象大使，并荣获重庆红十字基金会形象大使的荣誉证书 。
2012年5月，殷桃出席了某公益盛典，为救助孤残伤病儿童贡献一份自己的力量。殷桃捐出十万元来帮助这些孩子 。殷桃获得了颁发的“爱心志愿者”证书。加入焦点基金，并向基金捐赠10万元善款。
2008年，在北京奥运会火炬进入中国内地的第一站——三亚，殷桃成为当中的一名奥运火炬手。
2015年12月23日，作为嘉宾出席了第30届中国电视剧飞天奖典礼。
从《历史的天空》、《搭错车》到《幸福像花儿一样》 ，殷桃凭借自己的努力获得赞誉 。殷桃是一个活泼得无拘无束的姑娘，但她也有自己的坚韧和坚持。她是一个聪慧的人，一个有慧根的人，这种人通常的外在表现是不随流波，天真透明。《搭错车》里年轻美丽的阿美、《历史的天空》中英姿飒爽的东方政委，虽然是生活在两个时代、完全不同的人，却都能让人感受到她们身上的纯洁和快乐。因为演员殷桃在生活中就是这样一个快乐的女孩。她最爱穿简单的休闲装，喜欢和朋友聊天唱歌，只希望自己的生活舒服开心就好 。