2009年，在李少红版《红楼梦》中饰演香菱一角，正式进入影视圈。同年，在电影《孟二冬》中饰演女二号孟丹。
2010年1月，首次担纲女主角，主演革命历史剧《毛岸英》，饰演毛岸英的妻子刘思齐[26];8月参与拍摄电视剧《山楂树之恋》，宋轶出演静秋的闺蜜钟萍，相貌出众清纯的她为了更贴近剧中人物，毅然剪掉留了十年的长发。穿着格子老式衬衫，带着老式带边眼镜，显示出七十年代清新甜美的模样。同年参演电视剧《爱情维修站》，剧中饰演角色“文雪”。
2011年，参演电视剧《只要你过得比我好》，饰演角色“小白”。10月参与拍摄电视剧《宝贝计划》，在剧中由往日淑女形象变身成为“呛口小辣椒”。
2012年，参与拍摄电视剧《终极征服》，主演角色为连奕名的女儿唐雪茹。7月参演的电视剧《麻辣女友的幸福时光》杀青，剧中饰演了活泼开朗的“富二代”翠翠，成为剧中叛逆少女的代表。9月出演电视剧《错点鸳鸯·戏点鸳鸯》，在剧中饰演“北方花魁”秦秋雨;12月，出演话剧《我们的荆轲》，出演女主角“燕姬”。
2013年，1月宋轶在微电影《微笑的樱桃》中出演女主角“张筱雨”;出演电视剧《远得要命的爱情》 ，饰演“心机女”乔佳影，与之前较单纯的千金女相比，乔佳影则是个名副其实的心机女[12]。9月17日， 担任第八届金龙泉啤酒节暨第24界超模大赛亚太赛区总决赛晚会主持人;11月参演电视剧《神探狄仁杰5》，出演单元剧女一号，并首次在戏中女扮男装;12月出演电视剧《英雄祭》，剧中担任角色为巍子扮演的上海大亨的义女汪若诗。
2014年2月，在古装剧《错点鸳鸯》中饰演“北方花魁”秦秋雨。6月，主演都市情感剧《宝贝计划》，在剧中一改往日淑女形象，饰演了个性泼辣的女孩李小梁。8月，与秦俊杰、关晓彤联袂主演古装武侠剧《唐朝少年》，饰演知书达理的御史家大小姐王嫣 。10月，与黄觉、巍子合作出演抗战剧《英雄祭》，饰演外表优雅、内心坚强的富家千金汪若诗。11月，担纲军旅题材电视剧《兵王》女主角，在剧中饰演护士夏小雨。
2015年7月，在何炅执导的青春校园电影《栀子花开》中饰演女大学生陈家苗。8月，与胡歌、靳东、王凯合作出演谍战悬疑剧《伪装者》，因在剧中饰演悲情百变的军统女特工于曼丽一角而受到关注。11月，与张翰、具惠善、陈乔恩联袂主演年代剧《传奇大亨》，饰演乐观坚韧的少女瞿梦 。12月，在都市言情剧《小情人》中饰演活泼开朗、很有正义感的女孩祖贝莱。
2016年2月，加盟都市音乐励志剧《夏梦狂诗曲》，饰演个性格乖僻霸道的小提琴家夏娜。3月，与朴海镇、李菲儿合作主演都市爱情剧《远得要命的爱情》 ，饰演心机颇深的富家千金乔佳影。12月，主演谍战剧《尖锋之烈焰青春》，饰演共产党情报人员唐不语[28]。
2017年，搭档普提查·克瑟辛主演都市爱情剧《逆袭之星途璀璨》，饰演在娱乐圈努力打拼的女主角苏橙。
2018年1月3日，其参演的电视剧《小楼又东风》在上海电视剧频道首播。6月5日，主演的电视剧《兵王》播出。9月，参加综艺节目《我就是演员》。10月参演的《创业时代》播出。
