Smulders' første rolle som skuespiller var som gjest i science fiction-serien fra TV-nettverket Showtime, og hun har spilt i flere TV-serier siden, inkludert en tilbakevendende rolle i . På New York-scenen, har hun opptrådt i fra minst 10. juni til 27. juni 2010. Hennes første permanente roller i serier var i den kortlivede ABC-serien , og som TV-reporter Robin Scherbatsky på CBS-serien , som raskt ble en suksess, og ble pågående i ni sesonger. Joss Whedon har antydet at han anså henne for rollen som Wonder Woman i sitt utkast til en selvtitulert film, som ikke gikk inn i produksjon. Smulders spilte Maria Hill i Whedons actionfilm og gjentok rollen i premièren av TV-serien , og begge Russo brødrenes actionfilmer; i 2014 og i 2015.