Dopo questa esperienza prese parte al telefilm drammatico "Dragnet", prima di farsi conoscere a livello internazionale con la serie televisiva "Desperate Housewives", dal 2004: in questa, interpreta la sensuale modella Gabrielle Solis, sposatasi giovane con Carlos Solis (Ricardo Antonio Chavira), ricco imprenditore che rimane incastrato in affari illeciti e con il quale poi avrà due figlie: Juanita Solis (scambiata alla nascita con un'altra bambina messicana) e Celia Solis. Per il ruolo di Gabrielle la Longoria ha ricevuto una nomination ai Golden Globe 2006 come migliore attrice protagonista in una serie commedia.