Karrier elején:
* Once Upon a Time in America (1984) :Áttörést jelentő fiatal lány szerepe, aki egy erős maffiafőnök szeretője lesz.
* Phenomena (1985) :Dario Argento által rendezett horrorfilm, ahol egy telepatikus lányt alakít.
* Labyrinth (1986) :Jim Henson fantasyfilmje, amelyben Sarah-t alakítja, egy fiatal lányt, akinek meg kell mentenie kistestvérét egy goblinkirály elől.
Későbbi karrier:
* Karrierlehetőségek (1991) :Romantikus vígjáték, amelyben egy fiatal nőt alakít, aki beleszeret egy félénk, esetlen férfiba.
* Requiem for a Dream (2000) :Megrázó dráma a kábítószer-függőségről, ahol egy fiatal nőt alakít, aki heroinfüggőséggel küzd.
* A gyönyörű elme (2001) :Életrajzi dráma, amelyben Alicia Nash-t, egy skizofréniában szenvedő briliáns matematikus feleségét alakítja. Ezzel a szereppel elnyerte a legjobb női mellékszereplőnek járó Oscar-díjat.
* Hulk (2003) :Szuperhősfilm, amelyben Betty Rosst, Bruce Banner szerelmét alakítja.
* Sötét víz (2005) :Pszichológiai thriller, amelyben egy anyát alakít, aki azt gyanítja, hogy új lakása kísértetjárta.
* Blood Diamond (2006) :Háborús dráma, amelyben egy újságírót alakít, aki egy gyémántcsempészi tervet tár fel.
* He's Just Not That Into You (2009) :Romantikus vígjáték, amelyben egy nőt alakít, aki megpróbálja kitalálni, miért nem kér a barátja.
* No Strings Attached (2011) :Romantikus vígjáték, amelyben egy orvost alakít, aki alkalmi kapcsolatban áll a legjobb barátjával.
* A nap, amikor a Föld megállt (2008) :Sci-fi film, amelyben Helen Bensont, egy tudóst alakít, aki segít egy idegen látogatón.
* Alita:Csata angyal (2019) :Egy tudományos-fantasztikus film, amelyben Dr. Idot alakítja, egy kibernetikust, aki megtalálja Alitát, és új testet ad neki.
* Top Gun:Maverick (2022) :A klasszikus akciófilm folytatása, ahol megismétli Penny Benjamin szerepét, aki bártulajdonos és Maverick szerelme.
Ez csak egy kis minta Jennifer Connelly kiterjedt filmográfiájából. Munkái műfajokat ölelnek fel, és pályafutása során folyamatosan erőteljes és emlékezetes teljesítményeket nyújtott.