ב-24 ביוני 2003 הוציאה ביונסה את אלבום הבכורה שלה, Dangerously in Love. האלבום זכה להצלחה גדולה והגיע למקום הראשון במצעד הבילבורד 200 עם מכירות של למעלה מ-317,000 עותקים בשבוע הראשון לצאתו. האלבום נמכר בלמעלה מ-11 מיליון עותקים ברחבי העולם.
מהאלבום יצאו ארבעה סינגלים שזכו להצלחה והגיעו לראש המצעדים בעולם. הסינגל הראשון מתוך האלבום "Crazy in Love" בשיתוף ג'יי זי זכה להצלחה גדולה עם מכירות של 8.5 מיליון עותקים ברחבי העולם. השיר שהה שמונה שבועות במקום הראשון במצעד הבילבורד הוט 100. הסינגל הגיע למקום ה-4 במצעד שירי סוף השנה של הבילבורד, ובמקום ה-40 במצעד הבילבורד האמריקאי לשירי העשור 2000. גם הסינגל השני "Baby Boy" בשיתוף שון פול הצליח מאוד והגיע למקום הראשון במצעד הבילבורד ושהה שם תשעה שבועות. הסינגל השלישי והרביעי "Me, Myself and I" ו"Naughty Girl" הגיעו לחמישייה הפותחת של מצעד בילבורד. האלבום זכה לביקורות חיוביות ופרסים רבים, ובטקס פרסי גראמי בשנת 2003 הייתה ביונסה מועמדת ל-5 פרסים וזכתה בכולם.
בשנת 2003 יצאה ביונסה למסע ההופעות באירופה "Dangerously in Love Tour" לקידום האלבום. בשנת 2004 יצאה ביונסה לסיבוב הופעות בצפון אמריקה שנקרא בשם "Ladies First" יחד עם הזמרת אלישה קיז והראפרית מיסי אליוט. בפברואר 2004 שרה ביונסה את ההמנון האמריקאי בסופרבול XXXVIII בעיר הולדתה יוסטון, טקסס. ב-2004 הוציאה ביונסה ביחד עם להקתה "דסטיניז צ'יילד" את האלבום האחרון שלהן Destiny's Fulfilled, אשר נחת במקום השני במצעד הבילבורד 200 והניב את הלהיטים "Lose My Breath", "Solider" ו-"Cater 2 U". הלהקה הכריזה באותה שנה על סיבוב ההופעות האחרון שלהן בשם "Destiny Fulfilled... and Lovin' It" שהתקיים באסיה, אירופה, אפריקה וצפון אמריקה.
2006–2007: B'Day.
אלבום הסולו השני של ביונסה, B'Day, יצא לאור ב-4 בספטמבר 2006, והצליח בעולם. האלבום הגיע למקום הראשון בארצות הברית, מכר 541,000 עותקים בשבוע הראשון ליציאתו, ועד כה מכר 8 מיליון עותקים ברחבי העולם.
אלבום זה הניב מספר להיטים. השיר הראשון שיצא מהאלבום, "Check on It", יצא בשנת 2006 והיה לשיר הנושא בסרט "הפנתר הוורוד" שבו ביונסה גם שחקה, השיר זכה להצלחה גדולה והגיע למקום הראשון במצעד הבילבורד האמריקאי ושהה שם חמישה שבועות רצופים.
הסינגל הראשון מהאלבום "Déjà Vu" בשיתוף הראפר ג'יי זי הגיע למקום הרביעי במצעד הבילבורד, הסינגל השני מהאלבום "Ring the Alarm" יצא כסינגל רק בארצות הברית והגיע למקום האחד עשר במצעד הבילבורד. הסינגל השלישי מהאלבום "Irreplaceable" הוא הסינגל המצליח ביותר שיצא מהאלבום, ונחשב לאחד השירים המצליחים ביותר של ביונסה. הסינגל הגיע למקום הראשון במצעד הבילבורד ושהה כעשרה שבועות רצופים, במצעד סוף שנת 2007 של הבילבורד הגיע למקום הראשון, ובמצעד שירי העשור 2000 הגיע למקום ה-25.
הסינגל הרביעי מהאלבום, "Beautiful Liar" הוא דואט עם הזמרת שאקירה. השיר יצא במהדורה מיוחדת של האלבום הכוללת DVD עם עוד שירים שלא נכנסו לאלבום. הסינגל זכה להצלחה והגיע לראש מצעדי פזמונים רבים בעולם, ביניהם מצעד הבילבורד האמריקאי שם הגיע למקום השלישי. הסינגל החמישי והסינגל השישי "Get Me Bodied" ו-"Green Light" לא שיחזרו את ההצלחה של שאר הסינגלים באלבום אך נכנסו למצעד הבילבורד האמריקאי. בנוסף יצא סינגל שיווקי מהאלבום "Upgrade U" בשיתוף הראפר ג'יי זי, והצליח להיכנס למצעד הבילבורד בעקבות הקליפ לשיר.
האלבום זכה בפרסים רבים, ביניהם פרס גראמי על אלבום הרית'ם אנד בלוז הטוב ביותר של השנה.
בשנת 2007 יצאה ביונסה למסע הופעות בשם "The Beyoncé Experience""" על מנת לקדם את האלבום, סיבוב ההופעות עבר באירופה, צפון ודרום אמריקה, אסיה, אוקיאניה ואפריקה והרוויח יותר מ90 מיליון דולר.
בשנת 2006 ביונסה השתתפה בסרט "נערות החלומות". הסרט מבוסס על המחזמר משנת 1981 שהוצג על בימות ברודוויי. ביונסה הייתה בתפקיד הראשי בסרט בדמותה של דינה ג'ונס. הסרט הצליח ברחבי העולם עם הכנסות של יותר מ-150 מיליון דולר, וזכה בשני פרסי אוסקר, ושלושה פרסי גלובוס הזהב. שיר הנושא של הסרט "Listen" המבוצע על ידי ביונסה נכנס גם לאלבום B’Day. ביונסה הייתה מועמדת לפרס גלובוס הזהב על השחקנית הטובה ביותר, והשיר "Listen" על השיר הטוב ביותר מתוך סרט.
2008–2010: I Am... Sasha Fierce.
ב-4 באפריל 2008 התחתנה ביונסה עם הראפר ג'יי זי איתו יצאה במשך תקופה ארוכה.
ב-18 בנובמבר 2008 יצא אלבום האולפן השלישי של ביונסה, I Am... Sasha Fierce. האלבום הוא אלבום קונספט כפול, שהדיסק הראשון בו, "I Am", שקט יותר ומכיל שירים אישיים שעוסקים במערכות יחסים וזוגיות. הדיסק השני, "Sasha Fierce", נקרא על שם דמות הבמה/אלטר אגו של ביונסה "סאשה", ומכיל שירים קצביים. האלבום נכנס היישר למקום הראשון במצעד המכירות, עם מכירות של 482 אלף עותקים בשבוע הראשון, ועד כה מכר 8 מיליון עותקים ברחבי העולם.
ביונסה הוציאה סינגלים מכל אחד מחלקיו של האלבום I Am... Sasha Fierce. שני הסינגלים הראשונים יצאו מחלקים שונים באלבום אך יצאו במקביל, "If I Were a Boy" זכה להצלחה במצעדים ברחבי העולם בפרט במצעד הבילבורד האמריקאי ובבריטניה. "" זכה להצלחה גדולה יותר ונמכר ביותר מ-10.2 מיליון עותקים ברחבי העולם, הגיע למקום הראשון בעשרות מצעדים בעולם, ביניהם מצעד הבילבורד האמריקאי שם שהה במקום הראשון ארבעה שבועות.
השיר "Diva" יצא כסינגל השלישי מהאלבום, אך יצא רק בארצות הברית, והגיע למקום ה-19 במצעד הבילבורד האמריקאי. הסינגל הרביעי מהאלבום, "Halo" זכה להצלחה במכירות ובמצעדים ברחבי העולם, ואף הגיע לחמישייה הפותחת של מצעד הבילבורד בשל המכירות הגבוהות של 9 מיליון עותקים. הסינגל החמישי מהאלבום "Ego" יצא כסינגל רק בארצות הברית והצליח להיכנס למצעד הבילבורד. גם הסינגל השישי מהאלבום "Sweet Dreams" זכה להצלחה ונכנס לעשירייה הפותחת של מצעד הבילבורד, בנוסף ביונסה הופיעה עם השיר בטקס פרסי ה-EMA לשנת 2009. הסינגל השביעי שיצא מהאלבום "Broken-Hearted Girl". הסינגל השמיני "Video Phone" יצא בגרסת הרמיקס שלו, בו משתפת ביונסה פעולה ביחד עם הזמרת ליידי גאגא.
ב-26 בינואר 2010 ביונסה הקליטה עם ליידי גאגא למיני-אלבומה The Fame Monster, את הסינגל המצליח "Telephone", וגם השתתפה בצילומי הקליפ, שיצא ב-11 במרץ 2010. קליפ זה הוכתר לקליפ הטוב ביותר מאז שנת 2010 על ידי מגזין המוזיקה האמריקאי בילבורד. הסינגל התשיעי והאחרון מהאלבום "Why Don't You Love Me" יצא מרצועות הבונוס של האלבום.
האלבום זכה להצלחה גדולה. בטקס פרסי גראמי ביונסה הייתה מועמדת לשמונה פרסים על האלבום, זכתה בשישה מהם באותו ערב, ושברה שיא בכך שהיא הזמרת היחידה שזכתה בשישה פרסים בערב אחד.
על מנת לקדם את האלבום ביונסה יצאה למסע הופעות עולמי, "I Am... World Tour", שהצליח רבות עם הכנסות של 119 מיליון דולר.
באותה שנה ביונסה הקימה את חברתה "Parkwood Entertainment".
2011–2012: 4.
ב-24 ביוני 2011 יצא אלבום האולפן הרביעי של ביונסה 4. האלבום זכה להצלחה גדולה בארצות הברית ואנגליה והגיע למקום הראשון במצעד הבילבורד 200. עד כה מכר האלבום 3.3 מיליון עותקים ברחבי העולם. יומיים לאחר צאת האלבום באנגליה הופיעה ביונסה על הבמה הראשית של פסטיבל המוזיקה הגדול בעולם פסטיבל גלסטונברי, והייתה האישה הראשונה מזה 20 שנים שהופיעה על בימת הפסטיבל הזה.
הסינגל הראשון "", יצא ב-21 באפריל 2011, ונכנס למצעד הבילבורד האמריקאי. ביונסה ביצעה את השיר בטקס פרסי הבילבורד של שנת 2011, ולאחר מכן קיבלה את פרס זמרת המילניום על ידי אמה. הסינגל השני מהאלבום "Best Thing I Never Had", יצא ב-1 ביוני 2011. השיר "1+1" יצא כסינגל רק בארצות הברית. הסינגל השלישי "Party" יצא ב-30 באוגוסט 2011, בשיתוף עם ג'יי קול, (אף על פי שבאלבום השיר משותף עם Andre 3000), בקליפ נראית ביונסה מחליפה יותר מ-14 תלבושות, חוגגת באתר קרוואנים אמריקאי, והשתתפו בקליפ אחותה של ביונסה, סולאנג' נואלס, וגם קלי רולנד, חברתה מלהקת דסטיניז צ'יילד. הסינגל הרביעי "Love on Top" יצא ב-12 בספטמבר 2011, בקליפ נראית ביונסה רוקדת עם חבורת בנים באולפן, ביונסה אמרה כי הקליפ מושפע מלהקת הבנים חמישיית הג'קסונים. הסינגל החמישי "Countdown" יצא ב-4 באוקטובר 2011, לסינגל יצא גם קליפ הכולל מחווה לעולם הריקודים של שנות החמישים. קליפ השיר הוכתר לקליפ השישי הטוב ביותר מאז 2010 על ידי מגזין המוזיקה האמריקאי Billboard. הסינגל השישי שיצא היה השיר "I Care". הסינגל השביעי והאחרון "End of Time" יצא ב-28 במרץ 2012. הקליפ מורכב משלוש הופעות חיות של ביונסה בביצוע של השיר. ביונסה הייתה מועמדת על שיריה באלבום לשני פרסי גראמי וזכתה בפרס על השיר "Love on Top", ובטקס פרסי הבילבורד שנערך ב-20 במאי 2012 זכתה בקטגוריית אלבום ה-R&amp;B הטוב ביותר של שנת 2011.