Ronan fez sua estreia na televisão irlandesa em 2003, com papéis nos dramas médicos The Clinic e Proof. Na mesma altura fez uma audição para o papel de Luna Lovegood, no filme Harry Potter and the Order of the Phoenix, mas perdeu-o para Evanna Lynch.
Com 12 anos, Saoirse fez uma audição para a adaptação cinema do romance Atonement de Ian McEwan. Ela acabou sendo escolhida para interpretar o papel de Briony Taills com 13 anos, uma adolescente que sonha ser escritora e que muda o rumo de várias vidas quando acusa o amante da irmã mais velha de um crime que ele não cometeu. O filme, protagonizado por Keira Knightley e James McAvoy, foi um sucesso de bilheteira e crítica, foi nomeado para vários prêmios em 2008, incluindo o BAFTA, Globos de Ouro e Oscar na categoria de Melhor Filme. A própria Saoirse foi nomeada para os mesmos prêmios, mas na categoria de Melhor Atriz Secundária, sendo uma das dez atrizes mais novas a receber a honra.
Em 2008, Saoirse protagonizou dois filmes: Atos que Desafiam a Morte (Death Defying Acts) e o filme de ficção científica, Cidade das Sombras (City of Ember). No primeiro interpreta o papel de Benji McGrave, a filha de uma mentalista pobre e sem educação, interpretada por Catherine Zeta-Jones, que tem um romance com o mágico Harry Houdini no auge da sua carreira. O papel valeu-lhe o prêmio de Melhor Atriz Secundária nos Irish Film and Television Awards, o terceiro da sua carreira depois de ter vencido na mesma categoria por Atonement e o prêmio de Estrela em Ascensão.
Em Cidade das Sombras, interpreta o papel de Lina Mayfleet, uma adolescente que tem de salvar a população de uma cidade subterrânea fictícia chamada Ember. O filme é baseado no romance homônimo de Jeanne DuPrau e foi um fracasso de bilheteira, tendo gerado apenas 17 milhões de dólares nos Estados Unidos com um orçamento de 55 milhões de dólares.
Saoirse atuou como Susie Salmon em 2009, na adaptação cinematográfica do romance The Lovely Bones. No filme interpreta uma adolescente de 14 anos que, depois de ser assassinada, observa do além a forma como a sua família e amigos tentam lidar com a sua morte e se recuperar do trauma. Apesar das críticas terem sido mistas, o desempenho de Saoirse foi bastante elogiado e ela venceu um Critic’s Choice Award e um Saturn Award, além de uma segunda nomeação para os prêmios BAFTA do ano seguinte.
Em 2010, a atriz foi convidada a fazer parte da Academia de Artes e Ciências Cinematográficas. Nesse ano fez parte do elenco principal do filme Caminho da Liberdade (The Way Back), realizado por Peter Weir. Saoirse interpreta o papel de uma órfã polaca que se junta a um grupo de prisioneiros que fogem de um gulag na Sibéria em 1940 e tenta fazer uma viagem de mais de 6000 quilômetros até à Índia. O filme foi recebido com críticas positivas e valeu uma quarta nomeação para os Irish Film and Television Awards para Saoirse.
Em 2011, Saoirse protagonizou o filme de ação Hanna, que a reuniu com o realizador de Atonement, Joe Wright, onde interpreta o papel de uma adolescente de 15 anos que foi criada no Ártico para ser a assassina perfeita. O filme teve críticas positivas e valeu mais prêmios para a atriz, incluindo o seu sexto prêmio da Irish Film and Television Awards.
Em 2013, Saoirse protagonizou a adaptação ao cinema do romance A Hospedeira (The Host) de Stephenie Meyer. Nos papéis de Wanderer e Melanie Stryder, ela vive uma rebelde humana que é capturada e recebe uma alma alienígena. O filme recebeu críticas bastante negativas. Ainda nesse ano, a atriz protagonizou o filme de vampiros Byzantium, uma adaptação da peça de teatro homônima (papel que lhe valeu um sétimo prêmio da Irish Film and Television Awards) e Violet e Daisy, o primeiro filme realizado por Geoffrey S. Fltecher, onde interpreta o papel de uma adolescente assassina.
O último filme de Saoirse em 2013 foi a adaptação ao cinema do romance Minha nova vida (How I Live Now) de Meg Rosof como uma adolescente de Nova Iorque, é enviada para a casa dos seus primos numa quinta remora do Reino Unido durante uma terceira guerra mundial fictícia. O filme, realizado por Kevin Macdonald, foi exibido no Festival Internacional de Cinema de Toronto desse ano.
No ano de 2014, a atriz participou do filme O Grande Hotel Budapeste (The Grand Budapest Hotel) de Wes Anderson, onde interpreta o papel de Agatha, o longa acabou sendo um dos filmes mais aclamados de sua carreira, levando quatro Oscars técnicos e sendo indicado a vários outros prêmios. Ainda nesse ano, interpretou o papel de Leia em Rio Perdido (Lost River), o primeiro filme realizado por Ryan Gosling.
2015 já chegou sendo sucesso, Saoirse apresentou seu novo filme intitulado ‘Brooklyn‘ no festival de Sundance, onde foi bastante aclamado pela crítica. O filme baseia-se no romance homônimo de Colm Toibin e o argumento foi escrito por Nick Hornby. Saoirse é Ellis Lacey, uma jovem de uma vila irlandesa que se muda para os Estados Unidos em busca de uma vida melhor, mas que mais tarde tem de escolher entre os dois países. O desempenho de Saoirse valeu-lhe uma segunda nomeação para o Oscar, Globo de Ouro, Screen Actors Guild Awards, BAFTA e British Independent Film Awards, dentre outros.
Em 2016, logo depois da temporada de premiações, Saoirse estreou na Broadway com a peça “The Crucible“, versão do cultuado diretor Ivo van Hove para “As bruxas de Salém”, clássico de Arthur Miller de 1953. Saoirse dividiu o palco do Walter Kerr Theatre com Sophie Okonedo, de “Hotel Rwanda” e Ben Whishaw.
Estrelou em Loving Vincent em 2017, como Margarite Gachet filha de Paul Gachet, que foi médico de Van Gogh nas suas últimas semanas de vida. O filme se trata de uma animação biográfica sobre a vida e a morte misteriosa de Vincent Van Gogh. O filme foi indicado a vários prêmios na categoria de Melhor Filme de Animação, entre eles, o Oscar.
Ainda em 2017, Saoirse surpreendeu ao participar de um clipe do cantor Ed Sheeran, intitulado “Galway Girl“, interpretando a mocinha da história.
Outro filme estrelado por Saoirse e lançado em 2017 foi “Lady Bird“, estreia na direção de Greta Gerwig, o filme fala sobre uma moça que se muda para o estado da Carolina do Norte, nos Estados Unidos, e lá vive durante um ano. Amigos, amores e aventuras fazem parte de sua jornada em sua nova cidade. O longa foi selecionado para vários festivais e foi sucesso de crítica, se tornando o trabalho de maior êxito da atriz até então. Lady Bird recebeu 5 indicações ao Oscar, incluindo as de Melhor Atriz e Melhor filme, além disso levou dois Globos de Ouro, de Melhor Atriz em Comédia ou Musical e Melhor Filme em Comédia ou Musical. Mas não foi apenas isso, Saoirse ainda recebeu várias indicações a outras premiações, incluindo BAFTA Awards, Screen Actors Guild Awards e Critics Choice Award e levou para casa os prêmios Gotham Awards, NYFCC Award, Desert Palm Achievement Award e Santa Barbara Award por interpretar Christine “Lady Bird” McPherson.
Em 2018 estrelou em The Seagull, uma adaptação ao grande ecrã da famosa peça de Anton Tchekhov, onde contracena com Elisabeth Moss e Corey Stoll. Também foi protagonista de On Chesil Beach baseado no livro de mesmo nome do autor Ian McEwan, como Florence Ponting, no drama estabelecido no início da década de 1960 e centrado em um jovem casal em sua lua de mel. Também estrelou no longa Mary Queen of Scots, ao lado de Margot Robbie, Joe Alwyn e Jack Lowden, interpretando a rainha “Mary” no filme que conta a história da rivalidade entre sua personagem e Elizabeth I.
Para o futuro sua agenda conta com Little Women, uma adaptação da autobiografia de Louisa May Alcott que conta a história de quatro irmãs crescendo entre 1861 e 1865, durante a Guerra Civil Americana. Saoirse foi escalada para viver a protagonista Jo March, ao lado de Meryl Streep, Florence Pugh, Laura Dern e Timothée Chalament, além disso o filme será dirigido por Greta Gerwig, a mesma diretora do aclamado “Lady Bird”, com lançamento previsto para o Natal. A atriz também vai repetir a parceria de sucesso com o diretor Wes Anderson em The French Dispatch, porém ainda não existe nenhuma informação sobre seu personagem, a única coisa que se sabe até o momento é que o filme se passa em uma França pós segunda guerra Mundial (o filme tem previsão de estreia para 2020). Outro projeto bastante aguardo não só pelos fãs, mas pelos críticos está Ammonite, onde fará par com a atriz Kate Winslet no filme baseado em um romance entre Mary Anning, famosa paleontóloga inglesa, conhecida pela descoberta do primeiro fóssil de ictiossauro, aos 12 anos de idade, na costa de Dorset e Charlotte Murchison (interpretada por Saoirse).
