2002年，莫小棋回国发展后机缘巧合出演了她人生中的第一部电视剧《出水芙蓉》，从此开始演员的生涯。
2005年，莫小棋由当时的经纪人推荐参演了好莱坞导演奥斯卡・科斯托（OscarLuisCosto）执导的电影《红美丽》，从而结识了影片主演孙红雷，正是这个契机，莫小棋又被导演刘奋斗挑中成为电影《一半海水一半火焰》的女主角“丽川”，2008年她凭借该片获得第28届香港电影金像奖最佳新人奖提名和第45届台湾电影金马奖最佳女主角提名。
2007年，莫小棋参演的电视剧《我们无处安放的青春》开始播出，她在剧中饰演刘漪。
2009年9月，杜琪峰监制、郑保瑞执导的电影《
意外》上映，该片曾同时入围多个国际电影节的角逐单元。莫小棋在片中饰演古天乐的妻子。同年11月由王晶执导的电影《旺角监狱》上映，莫小棋搭档张家辉，在片中饰演“大凤”。
2010年1月，由电影频道节目中心出品的数字电影《危情直播》播映，莫小棋饰演女主角“辛欣”。
2011年4月23日，电视剧《新玉观音》在江苏卫视首播，莫小棋饰演新版“钟宁”。同年她在电影《
戒烟不戒酒》中饰演“女秘书”《
隐婚男女》中饰演“阿曼达”《
画壁》中饰演“丁香”。
2012年，莫小棋在电视剧《
北京爱情故事》中出演证券公司高管“伍媚”一角，被广大观众所熟知。同年5月，电影《
擒爱记》上映，莫小棋饰演女主角“丁嘉兰”。2012年12月22日，由王晶执导的电影《
大上海》上映，莫小棋饰演“江湖御姐”阿宝。
2013年7月30日，由宁财神导演的电视剧《
龙门镖局》在安徽、东方、湖北和天津四大卫视首播，莫小棋客串出演陆三金的前女友，也是当朝的太后。同年9月19日，由王全安导演执导的电影《团圆》终于在中国内地上映，该片曾荣获第60届柏林国际电影节最佳剧本“银熊”奖，莫小棋在片中饰演外孙女娜娜。
2014年，出演《香瓜七兄弟2》饰演王宁的前女友“周禧墨”。
