1996年，颜丹晨考入北京电影学院，与赵薇是同班同学，素有“气质美女”之称。
1997年，颜丹晨参演周有朝的电影《背起爸爸上学》，饰演姐姐，这是颜丹晨电影的处女作。此片荣获首届北京市“文化艺术奖”、第五届“飞虎杯大学生电影节”的“评委会特别奖”、第29界瑞士吉福尼国际电影节“铜神鹰奖”、“第六届中国国际儿童电影节”的 “优秀影片奖”，颜丹晨本人夺得儿童电影“童牛奖”最佳成人演员奖。同年，颜丹晨参演电影《花季·雨季》，凭借在片中的表现，夺得了当年的华表奖最佳新人奖，自从颜丹晨开始在圈子里名气大噪。
2001年，颜丹晨开始接拍古装剧，在《大唐情史》里饰演杨妃。
2005年，参演《精卫填海》饰演素女；同年和焦恩俊一起参演的35集新编古装神话剧《宝莲灯》颜丹晨饰演嫦娥，该剧获第十一届亚洲电视大奖“最佳电视剧奖等”。
2008年，参演以反应大理白族群众保护传统文化为主题的民族电影《遥远的诺邓》，颜丹晨在影片中饰演了一个学习美术，并到了邓诺深山支教的白族姑娘樱子。颜丹晨以朴实的形象出演了樱子这一形象，凭借电影《遥远的诺邓》夺得第十二届“电影表演艺术学会奖”。
2009-2013年，颜丹晨谍战剧颇多，如，《特战风云》、《不曾逝去的岁月》、《独狼》、《勇士之城》等
2014年，参演电视剧《裁剪爱情》。
