2005年，在校期间毛俊杰出演了个人第一部电视剧《非亲兄弟》，在剧中扮了一个因受到刺激而变得有点疯癫的女孩“玉凤”；同年，出演话剧《八个女人》。

2006年，出演余倩倩执导的台湾都市情感剧《加油！晓惠》。之后参演王丽娜执导的百老汇经典喜剧《借我一个男高音》。

2007年，毛俊杰进入北京人艺后主演首部话剧《东房西屋》，在剧中饰演怀着明星梦的北漂女孩“白荷”。在李亚鹏、苗圃主演的家庭伦理剧《我们俩的婚姻》中饰演吸毒女孩“李曼”。在石维坚、奚美娟主演的亲情剧《可怜天下父母心》中饰演陈诺。同年首次触电大屏幕，在贺岁喜剧电影《命运呼叫转移》中与葛优合作。

2008年，与刘晓虎、李欣汝联合主演中国内地首部季播剧《丑女无敌》，在剧中饰演裴娜。同年在成龙监制的武打电影《武术少年行》中饰演小怡。在黄健中执导，王姬、吕良伟主演的古装大戏《大风歌》中饰演汉高祖刘邦的长女“鲁元公主”。

2009年，与吴刚、吴佩慈联袂出演都市探案电影《预审》饰演帅酷女警。

2010年，在张黎、刘淼淼执导的大型历史剧《孔子春秋》中饰演孔子的初恋情人“小姜”。同年在饶敏莉、贾乃亮主演的家庭情感剧《我要一个家》中饰演赵谭萍。11月在山西拍摄农村题材剧《山村大爷》饰演女医生邹雪梅。同年主演农村青春偶像剧《沸腾的村庄》，在剧中饰女一号李百合。

2011年，在苏有朋、杨坤主演的惊悚悬疑电影《密室之不可靠岸》中饰演肖扬。同年在以海滩救护为主题的全民偶像剧《海岛七号》中饰演海滩救护队的副队长。同年与吴镇宇、姜武主演清末爱国励志剧《瀛寰之志》饰黄瑶萱。

2012年，参与梁咏琪、郑中基主演的爱情喜剧电影《嫁个100分男人》饰演男主角古须仁的前女友“GAGA”。同年与李东学、李念、许圣楠主演都市生活剧《纸婚》饰演许莘。

2013年，在李成儒、韩青主演的刑侦剧《清网》中饰演罗今今。同年搭档潘泰名、章雯淇主演抗日剧《苍狼》饰演女特工楚菲儿。同年在爱情喜剧电影《光的棍》中饰演智小涯。

2014年，在安志杰主演的动作电影《恶战》中饰演盛香君。同年在韩庚、姚星彤主演的都市爱情喜剧片《前任攻略》中饰演李小洁。同年联合聂远、叶璇共同主演武侠剧《龙门飞甲》中饰演雨化田。同年由罗志祥、郑罗茜、吴映洁、庄濠全、蔡俊涛等人主演的《深圳合租记》中出演胡丽莉。同年在李成儒、韩青、李勤勤主演的《清网行动》中，饰演罗今今。同年在贾乃亮、张佑赫、南奎丽、吕颂贤主演的电视剧《千金保姆》中饰演商业间谍苏妙妙。

2015年11月30日，出演郑晓龙执导的电视剧《芈月传》，在剧中饰演孟赢；同年，在刘家成执导的都市情感剧《头号前妻》中饰演室内设计师林朵渔。

2016年，毛俊杰与朱梓骁、张云龙出演青春励志偶像剧《花火》获得浙江省年度优秀作品奖；5月，参加辽宁卫视《有请主角儿》；6月，加盟喜剧动作电影《王牌逗王牌》；7月，参演王晶、钟少雄联合执导的魔幻喜剧爱情电影《神魔道》；8月，参演的喜剧电影《幸福马上来》在重庆杀青；9月，参加湖南卫视节目《天天向上》；10月，参加江苏卫视《我们在益起》节目；12月24日，毛俊杰从美国赶到南京参加“跑蓝来了-王祖蓝和他的朋友”全国巡回演唱会，献上自己的演唱会首秀。

2017年3月，参演林兆华、任鸣执导的话剧《阮玲玉》在首都剧场上演，在剧中诠释过气明星张梦露。2019年8月，主演的现实主义题材剧《幸福还会来敲门》开机。