周励淇在正式成为演员之前曾经是一名模特。2001年，与马伟豪签约后转型为演员；11月，与杨千嬅、陈冠希等人共同主演爱情片《玉女添丁》，在片中饰演Dina。2002年2月，凭《玉女添丁》获得香港电影金像奖“最佳新人奖”的提名。2004年4月，与刘松仁、陈慧珊、郑嘉颖等主演时装爱情剧《翡翠恋曲》，在剧中饰演爽朗率直、机灵活泼的梁咏思。2005年5月，与陈豪、米雪等主演的古装喜剧《秀才遇着兵》播出，她在剧中饰演个性率直、乐于助人的陆拾义，并凭借该角色获得TVB台庆颁奖礼“飞跃进步女艺员”奖；随后，加入BMA唱片公司；8月，发行个人首张专辑《Pure Niki》，并以歌手身份出道。之后，出版了个人处女作《周励淇女朋友手记》。

2006年2月，与郑嘉颖、黄宗泽领衔主演的时装剧《天幕下的恋人》播出，在剧中饰演出生于草根阶层的高逸诗；4月，发行个人专辑《The Child Woman》，专辑中收录了包括与郑嘉颖合唱的《请讲》在内的7首歌曲；同时，她还出版了专辑同名记事绘本《Child Woman手册》，由好友傅佩嘉画插图，文字则由自己包办；8月，发行音乐EP《Nikikaka》，主打歌为《问号先生》。2007年7月，出版散文集《细味心事》，书中记录了她生活的所感所想。2008年2月，与郑嘉颖，黄宗泽领衔主演的爱情时装剧《最美丽的第七天》播出，她在剧中饰演对爱情充满憧憬的凌加恩。

2009年1月，推出音乐专辑《Redefine》，专辑与歌迷们分享她的成长和恋爱经历，专辑还收录了电视剧《书剑恩仇录》的国语片尾曲《还是让你走》；3月，与郑少秋、邓健泓、许绍雄、滕丽名等领衔主演励志时装剧《桌球天王》，在剧中饰演朴实善良、肯学肯捱、率直拼搏的游加勤；随后，与乔振宇、郑少秋、刘德凯、颖儿等联袂主演古装武侠剧《书剑恩仇录》，在剧中饰演年轻美貌、武艺高强的霍青桐；8月，推出个人高清旅游电视节目《樱红醉了》，该节目讲述了她的旅游历程。2010年11月，推出个人EP专辑《F.L.Y》，专辑名代表找寻自由（Freedom）、爱情（Love）与青春（Youth）。

2011年12月，与黄浩然、姚子羚共同主演爱情剧《我的如意狼君》，在剧中饰演心地善良、待人热诚的徐芯。随后，签约无线电视部头合约。2012年4月，与谢天华、黄智雯领衔主演的时装警匪剧《女警爱作战》播出，她在剧中饰演喜恶分明、率真爽朗的吕霏侠。2013年6月，与苗侨伟、黄宗泽、万绮雯等人共同主演时装悬疑剧《好心作怪》，在剧中饰演为人爽朗并、不拘小节的阮小吉；7月，签约东亚唱片旗下公司大岳娱乐。2014年8月，与林峯、王珞丹等人合作主演古装剧《卫子夫》，在剧中饰演美艳华贵、端庄大方的平阳公主。

2015年9月，与傅程鹏、李泽锋、刘丛丹、胡亚捷等人主演年代谍战剧《卧底》，在剧中饰演情工人员夏岚。2016年10月，与涂松岩、左小青、夏凡主演的都市情感剧《有一种爱叫放手》播出，在剧中饰演行事果敢、心思单纯的集团千金贾妙玲；12月1，参演TVB出品的民国喜剧电视剧《流氓皇帝》播出，在剧中饰演孝顺、可爱的易蓉蓉。2017年8月，由孙俪、陈晓领衔主演的年代剧《那年花开月正圆》在东方卫视、江苏卫视首播，她在剧中饰演风姿绰约的春风十里头牌千红；9月，由甄子丹、刘德华主演的动作犯罪片《追龙》上映，她在片中饰演跛豪的原配妻子阿梅；10月，与沈震轩共同演唱歌曲《我真的很好》。

2018年8月，与郭晋安、林文龙、杨茜尧、钟嘉欣等人主演的商战剧《再创世纪》在爱奇艺播出，她在剧中饰演家境优越的大小姐卓定垚。2020年2月，与甄子丹、毛舜筠、王晶共同领衔主演的喜剧动作片《肥龙过江》上映，她在片中饰演朱福龙的未婚妻、演员可儿，和男友有着分分合合却剪不断理还乱的爱情；10月，与何润东、何泓姗、黄宥明等人共同主演古装剧《岁岁青莲》，在剧中饰演方怀蕊。

2021年9月21日，参加“湾区升明月”2021大湾区中秋电影音乐晚会，与方力申、许靖韵、陈明熹、罗钧满、赵浚承、炎明熹共同演唱歌曲《狮子山下》。