In der "Tarzan"-Verfilmung "Legend of Tarzan" war sie 2016 als "Jane Porter" zu sehen. 2016 erschien auch die Comicverfilmung "Suicide Squad", in der Robbie die Rolle der "Harley Quinn" übernahm. 2017 war sie in der Rolle der Eiskunstläuferin Tonya Harding in dem Film "I, Tonya" zu sehen. Für ihre Darstellung wurde sie unter anderem für einen Oscar und einen Golden Globe Award, jeweils in der Kategorie Beste Hauptdarstellerin, nominiert. In dem Geschichtsdrama "Maria Stuart, Königin von Schottland" spielte sie die englische Königin Elizabeth I, während Saoirse Ronan ihre Gegenspielerin Maria Stuart verkörperte. 2019 war sie in Quentin Tarantinos "Once Upon a Time in Hollywood" in der Rolle der Sharon Tate zu sehen. Ebenfalls 2019 verkörperte sie "Kayla Pospisil" im Filmdrama "Bombshell", wofür sie erneut eine Nominierung für einen Golden Globe Award, diesmal als Beste Nebendarstellerin, erhielt.