2001年，凭借剧情片《风雨十二年》出道。2003年，因在青春剧《走过花季》中饰演中学教师“陈非儿”而受到关注。2004年，出演了古装侠义电视剧《隋唐英雄传》。2005年，因在年代战争剧《亮剑》中饰演“田雨”而被大众熟知。2006年，主演了情感悬疑剧《阳光像花一样绽放》 。2007年4月5日，主演的抗战剧《狼毒花》首播；7月3日，主演的抗战剧《青春之歌》播出，童蕾凭借该剧获得了第7届中国金鹰电视艺术节观众喜爱女演员奖。2008年，出演了都市情感剧《谁懂我的心》。2009年，主演了农村题材剧《绝地逢生》。2010年11月19日，主演的都市青春励志剧《一一向前冲》首播。

2011年，凭借谍战剧《断刺》获得了第29届中国电视剧飞天奖优秀女演员提名。2013年，主演了战争剧《乱世三义》。2014年出演了家庭情感剧《半路父子》。2015年，参演了革命剧《英雄吉鸿昌》。2016年7月24日，主演的抗战剧《宜昌保卫战》播出。2017年，出演了都市情感剧《我们的爱》。