대학교 1학년 때 서울에서 대학을 다니던 친언니와 잠시 놀러갔는데 압구정동에서 찍힌 사진이 패션 잡지에 실리면서 잡지 모델로서 연예계와 인연을 맺게 되었다. 이후 대구방송 TBC 리포터로 방송에 데뷔하게 된다.

1998년 KBS 2TV 시트콤 단역으로 출연하기 시작했고, 같은 해 말부터 방송된 MBC 시트콤 '아니 벌써'에서 처음으로 고정배역을 맡았다. 1999년 MBC '사랑의 스튜디오'의 코너 '러브러브 쉐이크'의 진행을 김한석와 함께 맡으며 이름을 알렸고, 이후 KBS '지구용사 벡터맨', MBC 시트콤 '세 친구'에도 출연했다. 사실 이 당시까지만 해도 사람들에게 배우보다는 쇼 프로그램 진행자, 방송인으로서의 이미지가 더 강하였다.

2002년 5월에 개봉한 영화 '오버 더 레인보우'에 작은 역할인 장진영(강연희 역)의 직장 동료 김은송 역으로 출연한 후, 같은해 7월부터 방송된 MBC 아침드라마 '황금마차'에 임지은과 함께 주연으로 캐스팅되어 이복 언니인 임지은(황유정 역)이 낳은 아들(황두리)을 키우는 마음씨 착한 동생 황순정을 연기하며 처음으로 주요 배역을 맡게 되었는데 최고 20%가 넘는 시청률을 기록하며 배우 엄지원을 알리는 데 성공하면서 본격적으로 배우 활동을 하게 된다.

이후 2003년 개봉한 곽경택 감독의 영화 '똥개'에 정우성의 상대역으로 출연했다. 이 작품으로 주목을 받으며 엄지원은 같은해 청룡영화상 신인여우상 후보에 올랐다.

이듬해인 2004년 SBS 드라마 '폭풍 속으로', '매직'에 출연했고, 같은해 10월 개봉한 영화 '주홍글씨'에 한석규, 이은주, 성현아와 같이 캐스팅되어 한석규(이기훈 역)의 아내인 첼리스트 한수현을 연기했다. 또 '주홍글씨'로 같은 해 청룡영화상 여우조연상 후보에 올랐다.

홍상수 감독의 영화 '극장전'에 김상경(김동수 역), 이기우(전상원 역)의 상대역인 최영실로 출연하였는데, 이 작품은 제58회 칸 영화제 경쟁부문에 초청되었다.

유지태, 김지수와 함께 출연한 멜로 영화 '가을로' 에서는 여행 중인 유지태(최현우 역)와 마주치는 삼풍백화점 붕괴 사고의 생존자 윤세진을 연기해서 그해 청룡영화상 여우조연상 후보에 올랐고, 이듬해 춘사대상영화제에서 여우조연상을 수상했다. '가을로'는 제11회 부산국제영화제 개막작으로 선정되며 주목을 받기도 했다.