Pada 1991, Gwyneth Paltrow mulai debut di layar lebar melalui film roman musikal berjudul Shout, lalu film petualangan Robin Williams berjudul Hook pada tahun yang sama. Gwyneth baru diakui di dunia Hollywood saat membintangi film thriller David Fincher berjudul Seven pada 1995 dan film adaptasi Jane Austen tahun 1996 berjudul Emma.
Pada 1998, Gwyneth mulai membintangi drama komedi romantis karya sutradara John Madden berjudul Shakespeare in Love. Film inilah yang mengantarkannya meraih Academy Award pertamanya dalam kategori Aktris Terbaik pada 1999.
Bahkan, dia juga memenangkan Golden Globe untuk penampilan yang sama, Empire Award 1999 kategori Aktris Terbaik, Florida Film Critic Circle (FFCC) 1999 sebagai Aktris Terbaik dalam film Shakespeare In Love dan Sliding Doors, Jupiter Awards kategori Aktris Internasional Terbaik, MTV Movie & TV Awards 1999 untuk Penampilan Wanita Terbaik.
Selain itu, Gwyneth Paltrow juga bermain di serial komedi berjudul Glee, dari ini pun ia memenangkan penghargaan Aktris Tamu Luar Biasa dalam Serial Komedi pada tahun 2011. Pada tahun yang sama, ia memenangkan Bamby Awards untuk kategori Film Internasional.
Mulai 2008, ia mulai mendapatkan peran di Marvel Comic Universe (MCU) dalam film Iron Man hingga film Avengers: Endgame tahun 2019. Dalam MCU, dia berperan sebagai Pepper Potts, sekretaris, kekasih, dan istri Tony Stark. Dari sini, ia mendapatkan penghargaan Goldene Kamera tahun 2014 kategori Aktris Internasional Terbaik.
Masih ada puluhan judul film dan juga beberapa penghargaan yang diraih Gwyneth selama kariernya di industri Hollywood.