2009-ben Skarsgård szerepelt Lady Gaga Paparazzi című zeneszámához készült videóklipjében. A 2009-es "Metropia" című animációs filmben ő adta Stefan hangját. A szintén 2009-es "A nagy vega sarktúra" (Beyond the Pole) című filmben Terje, a meleg norvég szerepét alakította. 2010-ben testvérével, Gustaffal együtt játszott főszerepet a "Puss" című filmben. 2011-ben két filmben is szerepelt: a "Melankólia" (Melancholia) című apokaliptikus film Lars von Trier rendezésében, és Kirsten Dunst, Charlotte Gainsbourg és Kiefer Sutherland főszereplésével a 2011-es cannes-i fesztiválon debütált; a "Szalmakutyák" (Straw Dogs) című filmben pedig, amely az 1971-es ugyanazon című film átdolgozása, James Marsden és Kate Bosworth oldalán játszotta a főszerepet. 2012-ben szerepelt a "Battleship" című filmben Taylor Kitsch és Rihanna mellett, és szerepelni fog a "What Maisie Knew" című filmben Julianne Moore és Steve Coogan mellett. Az utóbbi film Henry James ugyanazon című könyvén (magyar címén "Maisie tudja") alapul.