2002年，主演的毕业作品话剧《我在天堂等你》，凭借该剧获得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，并荣立三等功。2006年，与王学兵、梁静、林好等共同主演了情感剧《桃花灿烂》，在剧中饰演“装卸站第一美女”水香。2008年，因出演抗战剧《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，殷桃主演了古装剧《杨贵妃秘史》，在剧中饰演“杨贵妃”；同年，与沙溢、林永健等空政演员主演了军事题材剧《鹰隼大队》，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。为了参演该剧她不惜推掉不少片约；同年，还参演了战争情感剧《延安爱情》，在剧中饰演为共产主义理想奔赴延安的进步青年苏贞。
2010年1月2日，殷桃领衔主演的清代宫廷剧《苍穹之昴》在日本放送协会播出，在剧中饰演神秘的张夫人，该剧收视率超过日本放送协会同期播出的重点剧《龙马传》，从而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，主演了年代励志剧《温州一家人》，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，该剧国家广电总局出版的“2012年优秀电视剧选集”影碟套装收录，该剧还入选了2012全球华人十大电视剧（亚洲周刊）；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，搭档张国强等人主演了都市警匪剧《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，参演情感剧《假如幸福来临》；同年，出演3D犯罪悬疑电影《警察故事2013》，片中饰演京城著名“妈妈桑”兰兰。
2014年3月1日，殷桃和李光洁主演的话剧《罗密欧与朱丽叶》（中国版）在香港演艺学院开演，饰演的朱丽叶现代感十足，打动了不少香港观众；8月10日，殷桃主演的都市生活喜剧《我为儿孙当北漂》在北京开机，在剧中饰演北漂的四川姑娘田蓓蕾 ；同年，殷桃主演都市警匪剧《无贼》；8月5日，主演的都市爱情剧《假如幸福来临》在安徽卫视全国首播，在剧中饰演女主角叶百合。
2015年，与热依扎、郑凯等合作主演了爱情轻喜剧电影《临时演员》；7月，领衔主演了抗日题材电影《那些女人》，在片饰演一位乱世中水乡歌女惠姑娘，这是她首次挑战风情角色；9月18日，出演的抗战剧《生死血符》在中央八套黄金档播出，在剧中扮演宋美龄；10月17日，领衔主演的反腐涉案剧《人民检察官》开机，在剧中饰演女承父业的燕都市人民检察院公诉处处长“夏铁嘴”夏静茹；11月，主演的都市商业剧《鸡毛飞上天》开机，在剧中饰演身世极为坎坷的商业奇才骆玉珠。
2016年8月28日，电视剧《爱情的边疆》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。
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；3月1日，殷桃领衔主演的都市情感剧《爱的理想生活》开播，在剧中饰演婚庆设计师温如雪；6月11日，殷桃出演的电影《阳光姐妹淘》上映；7月1日，主演的历史剧情电影电影《1921》上映；
2022年1月3日，主演的两性关系话题剧《幸福二重奏》在央视八套播出；1月28日，与雷佳音、辛柏青、宋佳领衔主演的现实题材剧《人世间》播出；3月，参与的歌曲《灯火》抗疫特别版上线。8月12日，加盟的经营体验综艺节目《中餐厅第六季》在湖南卫视播出。
