Její přelomovou rolí byla Florence ve filmu Noaha Baumbacha Greenberg (2010), kde si zahrála po boku Bena Stillera. Poté se objevila spolu s Russellem Brandem a Helen Mirren v komedii Arthur (2010) a později ve vedlejší roli v romantické komedii Hlavně nezávazně (2011). Z dalších jejích úspěšných filmů jmenujme The Humbling (2014), Do Říma s láskou (2012) Woodyho Allena, komedii Slečny v nesnázích (2011) a film Lola Versus (2012), kde si zahrála titulní roli Loly.

K dřívějším snímkům Gerwig patří třeba artový horor Ti Westa Dům ďábla (2009), žánrová hříčka bratrů Duplassových Pytel na palici (2008), Hannah jde po schodech (2007) či Noci a víkendy (2008).

V roce 2015 natočila s Noahem Baumbachem komedii Mistress America, v níž si zahrála hlavní roli a na které se podílela jako scenáristka. Film byl poprvé veřejně promítán na festivalu Sundance a okamžitě sklidil nadšené ohlasy od kritiků. Její předchozí spolupráce s Baumbachem na černobílém snímku Frances Ha (2012) jí vynesla nominaci na Zlatý glóbus.

Naposledy jsme mohli Gretu Gerwig spatřit ve filmu Wiener-Dog (2016) Todda Solondze, který měl premiéru na letošním ročníku festivalu v Sundance. Gerwig také hrála spolu s Ethanem Hawkem a Julianne Moore ve filmu Maggie má plán (2015). Nedávno také dokončila snímek 20th Century Women (2016), kde se objevila spolu s Elle Fanning a Annette Bening. Její režijní debut vznikl v roce 2017 pod názvem Ladybird, který natočila podle vlastního scénáře.