2010 war Dunst die Majokko Princess in dem Musikvideo "Turning Japanese", das von dem japanischen Pop-Artist Takashi Murakami gedreht wurde. Im Januar 2010 wurde bekannt, dass die "Spider-Man"-Reihe ohne sie sowie Tobey Maguire und Regisseur Sam Raimi fortgesetzt wird. Im selben Jahr stand sie für das romantische Drama "All Beauty Must Die" zusammen mit Ryan Gosling erstmals nach ihrer Behandlung wegen Depressionen wieder vor der Filmkamera. Des Weiteren drehte sie 2010 das Drama "Melancholia" unter der Regie von Lars von Trier. Für ihre Leistung in der Rolle einer melancholisch-depressiven Braut gewann sie 2011 den Darstellerpreis der 64. Filmfestspiele von Cannes und erhielt eine Nominierung für den Europäischen Filmpreis.