2004年，尹雨航出演了个人的首部影视作品，她在与宋丹丹、杨紫、张一山共同出演的家庭情景喜剧《家有儿女》第一部中饰演了活泼可爱的大君。

2006年，远赴法国佛罗朗戏剧学院就读，继而成为了苏菲·玛索同门师妹 。

2008年，被法国导演拉瑞·克劳选中并出演了电影《温州城》的女主角小岩，也凭借在此片中的表现获得了第十届法国拉罗歇尔国际影视艺术节最佳新人希望奖。

2009年，参演了法国八十集现代剧《生活更美丽》，并凭借此剧被评为法国电视三台四大新星之一 。

2010年，回国并参与了上海世博会宣传片的拍摄；同年，又与陈乔恩、黄晓明、曾志伟合作出演了青春爱情电影《激浪青春》；此外，还与张书豪、李小川、李桃共同出演了根据谢旺霖同名小说改编的剧情片《转山》 。

2011年，与朱亚文、邓莎、代旭合作出演了十八大献礼电视剧《我们的法兰西岁月》，并在剧中饰演了张若茗 。

2012年，先是与邵思凡搭档主演了现代爱情剧《目的地中国》，并在剧中饰演了女主角倪皓  ；随后，她又与陈创、姜超、陶欣然共同出演了乡村喜剧《赖汉的幸福指数》 ，她在剧中饰演了认真负责的年轻村官马晓棠 ；同年，还在与李健、童瑶、刘一含合作出演的都市家庭剧《独生子女的婆婆妈妈》中饰演了精灵可爱的九零后女生郭小奇；9月12日，与邢佳栋、张博、秦卫东共同出演的革命动作剧《狂飙支队》首播，在剧中饰演了侠义直率且敢爱敢恨的小夫人；此外，还出演了电影《走西口》的女主角。

2013年，与文章、马伊琍、王耀庆合作出演了都市情感剧《小爸爸》，在剧中饰演了对爱勇敢执着的夏小白 ；之后，她又与王雷、曹曦文、巴图共同主演了都市爱情励志剧《因为爱》，剧中尹雨航饰演了享受爱情的女孩冯慧慧；同年，还在与高以翔、王阳明、朱丹联袂主演的都市时尚喜剧《钱多多炼爱记》中饰演了机灵可爱且永不言弃的女主角钱多多；此外，还与蓝正龙、周韦彤、杜海涛合作主演剧情微电影《夫妻游戏》 。

2014年，与徐峥、莫文蔚、胡静合作出演了悬疑剧情片《催眠大师》 ；同年，又与导演陈正道第四次合作，并与杨子姗、陈柏霖、鹿晗等艺人共同出演了奇幻爱情喜剧片《重返20岁》

2015年，与于震、景岗山、金浩联袂主演了红色抗战剧《踏破硝烟》，并在剧中饰演了身手了得且英气不凡的八路军武工队员董云清。

2016年，与范冰冰、董成鹏等人合作出演的现代剧情片《我不是潘金莲》上映；同年，还与古天乐、马丽合作出演了现代科幻喜剧片《喵星人》；此外，她还与董子健、春夏共同出演了青春爱情喜剧片《脱单告急》。

2017年，主演的现代体育喜剧片《谁是球王》在全国上映，讲述了她饰演的苗若楠追寻足球梦的故事，同时她也随剧组出席了北京国际电影节。

2019年，首次挑战古装角色，与白鹿、许凯、代旭等人共同出演的古装仙侠剧《招摇》在湖南卫视播出，在剧中饰演了守卫在厉尘澜身边的暗罗卫卫长林子豫。