2006년 EBS 드라마 《비밀의 교정》으로 데뷔했다. 2007년 SBS 드라마 《왕과 나》에서 폐비 윤씨의 아역을 맡아 당찬 연기로 대중들에게 처음 눈도장을 찍었다. 이후 2008년 무려 824만 관객을 불러 모은 영화 《과속스캔들》에서 19살 신인이라고는 믿기지 않는 뛰어난 연기력을 선보여 청룡영화상, 백상예술대상, 한국영화평론가협회상, 디렉터스컷 어워즈에서 받은 8개의 신인상을 비롯, 총 13개의 상으로 그 해 각종 영화제의 신인상과 인기상을 싹쓸이하며 단숨에 충무로의 블루칩으로 떠올랐다. 그러나 2009년 이후 불운하게도 소속사와의 송사로 인해 가장 활발하게 활동해야 할 20대 초반 전성기에 4년여간의 강제 공백기를 가지게 되었다.

그럼에도 불구하고, 소속사 이전 후 2012년 영화 《늑대소년》의 김순이역으로 박보영은 연기인생의 또 다른 변곡점을 맞이한다. 총 706만 명의 관객을 동원하여 한국 멜로 영화 흥행 역대 1위라는 최고기록을 세운다.[58] 이 영화의 흥행으로 박보영은 소속사 분쟁을 털어버리고 4년간의 공백기를 깨고 재기에 제대로 성공한다. 《늑대소년》의 흥행에 힘입어 제4회 피어선영상페스티벌에서 최고 여배우상을 수상하기도.

주로 영화인 스크린에서만 얼굴을 비췄던 박보영은 2015년 tvN 금토 드라마 《오 나의 귀신님》에서 소심한 주방보조 '나봉선'역과 음탕한 귀신인 '신순애'역의 상반된 캐릭터를 1인 2역으로 완벽하게 소화한다. 드라마까지 흥행을 이끌어 매체를 가리지 않는 출중한 연기력을 인정받으며 큰 호평을 받았다. 또 한번의 신드롬과 인생캐릭터를 만나게 된 것.

또 같은 해에 앞서 이해영 감독의 신작인 《경성학교》에 출연하며 넓은 연기 스펙트럼을 보여주기도 했다.

2017년에는 JTBC 금토드라마 《힘쎈여자 도봉순》에서 박보영은 타이틀 롤이자 원톱 캐릭터라고 할 수 있는 '도봉순' 역할을 맡아 흥행에 성공했다. 2018년에는 영화 《너의 결혼식》에서 환승희 역으로 멜로영화는 흥행이 힘들다는 불문율을 깨고 282만명의 관객을 불러 모으며 그 해 로맨스, 멜로 장르의 최고 흥행작이 됐다.

2019년에서는 tvN 드라마 《어비스》의 고세연 역으로 약간의 아쉬움을 남겼지만 연기 영역을 확장하였으며, 2021년에서는 《어느 날 우리 집 현관으로 멸망이 들어왔다》의 탁동경 역으로 호평을 받았다. 《어느 날 우리 집 현관으로 멸망이 들어왔다》는 시청률 편으로는 아쉬움을 남겼지만 멸망 역을 맡은 서인국과의 시너지로 깊은 마니아 층을 형성하며 또 다시 로코퀸으로서의 입지를 다졌다.

2023년 5년 만에 스크린 복귀작인 《콘크리트 유토피아》에서는 처음으로 재난 장르에 도전해 성숙해진 눈빛과 연기, 단단한 내면과 강인한 카리스마가 돋보이는 '명화'역을 밀도 있게 표현하며 호평을 얻었다. 같은 해, 넷플릭스 오리지널 드라마 《정신병동에도 아침이 와요》로 처음 휴먼 드라마 장르에 도전하여 호평을 이끌어냈다. 이처럼 관객들과 시청자들을 매번 실망시키지 않는 믿고 보는 배우로서, 드라마와 영화를 자유자재로 넘나들며 넓은 연기 스펙트럼을 보여주며 활발한 연기 활동을 펼치고 있다.

《힘쎈여자 도봉순》 당시 많은 액션씬으로 부상을 당하여 수술 및 재활치료에 전념하느라 《늑대소년》이후 또 한번 강제 공백기를 가지게 되는 등 의도치 않게 꽤나 중간중간 공백기를 가졌으나, 작품이 나올때마다 굳건하게 본인의 존재감을 드러내며 자신만의 매력과 강력한 임팩트로 저력을 과시하는 배우로 꼽힌다. 특유의 사랑스러운 연기로 로맨스퀸으로 자리매김하였으며 '뽀블리'(박보영+러블리의 합성어)라는 별명을 전국민이 알 정도다. 아역 시절부터 다져온 연기력이 매우 안정적인 편이며, 특히 작은 체구와 달리 발성이 좋고 발음이 정확해 기본기가 무척 탄탄하다고 평가받고 있다.

영화 《과속스캔들》, 《늑대소년》에서 보여준 깊은 눈물연기는 아직까지도 명장면으로 회자되고 있다. 또한 드라마 《오 나의 귀신님》에서 보여준 1인 2역의 극과극 캐릭터의 소화력은 가히 레전드로 불린다. 이외에도 《힘쎈여자 도봉순》의 반전있는 사랑스러운 연기부터 《경성학교》, 《너의 결혼식》에서 돋보인 다양하면서도 섬세한 감정연기 또한 그녀의 강점이다. 또 영화 《콘크리트 유토피아》, 드라마 《정신병동에도 아침이 와요》 등을 통해 연기 영역을 휴먼, 재난 쪽으로 거듭 확장하며 다양한 얼굴을 소화할 수 있음을 증명했다.

미혼모부터 폐병 환자에 초능력자, 1인 2역까지. 다양하고 폭넓은 역할에 끊임없이 도전하며 매번 감탄을 불러일으키는 넓은 연기 스펙트럼을 가진 배우이다.