Ihre erste bedeutende Filmrolle hatte Hüller 2006 als "Michaela Klingler" in Hans-Christian Schmids Film "Requiem". Für ihre Darstellung der an Epilepsie erkrankten jungen Frau wurde sie mehrfach ausgezeichnet. 2008 stand sie für Max Färberböcks Verfilmung von "Anonyma – Eine Frau in Berlin" vor der Kamera. Weitere bedeutende Projekte waren unter anderem die Spielfilme "Brownian Movement " (2010) und "Toni Erdmann", der im Wettbewerb der Internationale Filmfestspiele von Cannes 2016 vertreten war. Im selben Jahr wurde Hüller für den Part der "Ines Conradi" mit dem Europäischen Filmpreis als Beste Darstellerin ausgezeichnet.