Scarlett Johansson comenzó a actuar durante su infancia, después de que empezara a asistir a audiciones. Hizo su debut profesional en la actuación a los ocho años en la producción off-Broadway de "Sophistry" con Ethan Hawke, en el Playwrights Horizons de Nueva York. Audicionó para comerciales, pero tomó el rechazo tan mal que se le empezó a limitar a las pruebas para cine. Hizo su debut cinematográfico a los nueve años, como la hija del personaje de John Ritter en la comedia fantástica North (1994). Tras papeles menores en Just Cause (1995), como la hija del personaje de Sean Connery y Kate Capshaw, y If Lucy Fell (1996), interpretó el papel de Amanda en Manny & Lo (1996). Su actuación en Manny & Lo le valió una nominación al Independent Spirit Award a la Mejor Actriz Protagónica y críticas positivas; una de ellas señaló que "[la película] te va gustando, en gran parte por el encanto de ... Scarlett Johansson", mientras que el crítico del San Francisco Chronicle, Mick LaSalle, comentó su "aura pacífica" y escribió: "Si puede atravesar la pubertad con esa aura intacta, podría convertirse en una actriz importante".

Tras aparecer en papeles menores en Fall (1997) y Home Alone 3 (1997), Johansson atrajo una amplia atención por su actuación en The Horse Whisperer (1998), dirigida por Robert Redford, donde interpretó a Grace MacLean, una adolescente traumatizada por un accidente de equitación. Recibió una nominación al Chicago Film Critics Association Award a la Actriz Más Prometedora por la película. En 1999, apareció en My Brother the Pig (1999) y en el video musical del sencillo de Mandy Moore, "Candy". Aunque la película no fue un éxito de taquilla, recibió elogios por su papel revelación en Ghost World (2001), acreditada con "sensibilidad y talento [que] desmienten su edad". También apareció en el drama oscuro de los hermanos Coen The Man Who Wasn't There (2001), junto a Billy Bob Thornton y Frances McDormand. Apareció en la comedia de terror Eight Legged Freaks (2002) con David Arquette y Kari Wuhrer.

En 2003, fue nominada a dos Premios Globo de Oro, uno por drama (Girl with a Pearl Earring (2003)) y otro por comedia (Lost in Translation (2003)), su papel revelación, protagonizando junto a Bill Murray, y recibiendo críticas entusiastas y un Premio a la Mejor Actriz en el Festival de Cine de Venecia. Sus papeles cinematográficos incluyen la aclamada película de los hermanos Weitz In Good Company (2004), así como protagonizar junto a John Travolta A Love Song for Bobby Long (2004), que le valió una tercera nominación al Premio Globo de Oro.

Abandonó Mission: Impossible III (2006) debido a conflictos de agenda. Su siguiente papel cinematográfico fue en The Island (2005) junto a Ewan McGregor, que recibió críticas débiles de los críticos estadounidenses. Después de esto, apareció en Match Point (2005) de Woody Allen y fue nominada nuevamente a un Premio Globo de Oro. En mayo de 2008, lanzó su álbum "Anywhere I Lay My Head", una colección de versiones de Tom Waits que incluye una canción original. También ese año, protagonizó The Spirit (2008) de Frank Miller, la película de Woody Allen Vicky Cristina Barcelona (2008), e interpretó a Mary Boleyn junto a Natalie Portman en The Other Boleyn Girl (2008).

Desde entonces, ha aparecido como parte de un elenco coral en la comedia romántica He's Just Not That Into You (2009), la película de superhéroes de acción Iron Man 2 (2010), la comedia dramática We Bought a Zoo (2011) y protagonizó como la reina del grito original, Janet Leigh, en Hitchcock (2012). Luego interpretó a su personaje, Black Widow, en las películas de acción taquilleras The Avengers (2012), Captain America: The Winter Soldier (2014), Avengers: Age of Ultron (2015), Captain America: Civil War (2016), Avengers: Infinity War (2018), Avengers: Endgame (2019) y Black Widow (2021), y también encabezó el thriller de acción y ciencia ficción Lucy (2014), un éxito de taquilla. Con más de una década de trabajo ya a sus espaldas, Scarlett ha demostrado ser una de las actrices jóvenes más talentosas de Hollywood. Sus otros papeles protagónicos son en el thriller de acción y ciencia ficción Ghost in the Shell (2017) y la comedia negra Rough Night (2017).