2006年，参演个人首部电影《我的女友》  。2008年，与路易斯·加瑞尔共同主演文艺电影《美丽的人》，她凭借该片入围第34届法国电影凯撒奖最佳新人女演员奖  、第14届卢米埃尔奖女演员新人奖  。2009年，参演由昆汀·塔伦蒂诺执导的战争电影《无耻混蛋》，在片中饰演法国农夫的女儿  ；同年，蕾雅·赛杜获得第62届戛纳国际电影节肖邦奖-最佳新人女演员奖。

2010年，参演由伍迪·艾伦执导的爱情电影《午夜巴黎》  ；5月14日，由其参演的动作冒险电影《罗宾汉》上映  ；9月，由其出演的悬疑电影《秘境里斯本》上映；随后，与瓦莱丽亚·布鲁尼·泰德斯基、阿丽尔·朵巴丝勒联合主演剧情电影《玫瑰信贷》；11月，与阿奈丝·德穆斯捷、约翰·利伯欧联袂主演的剧情电影《美丽的托伦》上映  ，她凭借该片入围第36届法国电影凯撒奖最佳新人女演员奖  ；此外，还主演了由路易斯·加瑞尔执导的短片《小裁缝》。

2011年，主演剧情短片《时间不停留》；同年，主演由杰姆谢德·乌斯莫诺夫执导的剧情电影《我妻子的罗曼史》；随后，出演由布拉德·伯德执导的动作谍战电影《碟中谍4》，在片中饰演性感炫酷的俄罗斯女杀手莎宾·莫罗  。

2012年，由其参演的战争电影《威灵顿之线》上映；同年，与吉莲·安德森合作主演剧情电影《山上的孩子》  ；3月21日，与黛安·克鲁格合作主演的剧情电影《再见，我的皇后》上映，她在片中饰演忍耐、沉默、矜持的小侍女西朵妮  ，她凭借该片入围第38届法国电影凯撒奖最佳女演员奖  。

2013年，与阿黛尔·艾克阿切波洛斯搭档主演根据法国漫画改编、讲述浪漫女同性恋故事的剧情电影《阿黛尔的生活》  ，她凭借该片入围第39届法国电影凯撒奖最佳女演员奖  ，获得第66届戛纳国际电影节主竞赛单元-金棕榈奖  ；6月，与塔哈·拉希姆共同主演的爱情电影《大电站》上映；同年，主演由韦斯·安德森执导的短片《普拉达：糖果》。

2014年，由其出演的冒险悬疑电影《布达佩斯大饭店》上映  ；9月12日，与文森特·卡索合作主演的魔幻爱情电影《美女与野兽》上映，她在片中饰演自愿被父亲献给怪兽的小女儿贝儿  ；同年，与加斯帕德·尤利尔、杰瑞米·雷尼耶联袂主演传记电影《圣罗兰传》，在片中饰演珠宝设计师，YSL的模特露露·德拉法蕾斯  ；随后，蕾雅·赛杜入围第67届英国电影学院奖最佳新星奖  。

2015年，与文森特·林顿共同主演剧情电影《女仆日记》，在片中饰演很有魅力、聪明美丽的女孩塞莱丝汀  ；同年，与科林·法瑞尔、蕾切尔·薇姿联袂出演爱情喜剧电影《龙虾》  ；11月13日，与丹尼尔·克雷格等联合主演的动作冒险电影《007：幽灵党》在中国大陆上映，她在片中饰演充满人情味的聪慧医生玛德琳·斯旺  。

2016年5月，与娜塔莉·贝伊、文森特·卡索联合主演的剧情电影《只是世界尽头》上映，她在片中饰演大大咧咧，有些叛逆，性格充满棱角、烟不离手的苏珊娜  。

2018年，与科林·费尔斯共同主演改编自真实事件的灾难电影《库尔斯克》  ；7月，与伊万·麦格雷戈、拉什达·琼斯联袂主演的爱情电影《佐伊》上映  ；同年，担任第71届戛纳国际电影节的评委  。2019年，出演由凯瑞·福永执导的动作冒险电影《007：无暇死亡》  ；5月22日，与罗什迪·泽姆、莎拉·弗里斯蒂联合主演的犯罪电影《鲁贝之灯》上映  。

2021年10月22日，与本尼西奥·德尔·托罗、艾德里安·布洛迪、蒂尔达·斯文顿出演的电影《法兰西特派》在北美上映  。同年，主演大卫·柯南伯格导演的电影《未来罪行》。