เฌอมาลย์เริ่มเข้าวงการบันเทิงตั้งแต่อายุ 12 ในละครเรื่อง เงาราหู รับบทเป็นนางเอกวัยเด็ก ซึ่งเรื่องนี้ ดารัณ บุญยศักดิ์พี่สาวแท้ ๆ ของเธอแสดงเป็นนางเอกคู่กับพีท ทองเจือ และลงนามสัญญาเป็นนักแสดงช่องสามในปี พ.ศ. 2549

ในปี พ.ศ. 2550 เฌอมาลย์แสดงในภาพยนตร์เรื่อง รักแห่งสยาม ในบท จูน และ แตง ซึ่งจากบทบาทนี้ทำให้เธอได้รับรางวัลผู้แสดงสมทบหญิงยอดเยี่ยม จากหลายเวทีอย่าง รางวัลภาพยนตร์แห่งชาติ สุพรรณหงส์ ครั้งที่ 17, รางวัลภาพยนตร์ไทย ชมรมวิจารณ์บันเทิง ครั้งที่ 16 และ สตาร์เอนเตอร์เทนเมนต์อวอร์ดส 2007 ครั้งที่ 6

ในปี พ.ศ. 2551 เฌอมาลย์ได้เป็นส่วนหนึ่งของการแสดงภาพยนตร์สี่แพร่ง ในตอนเที่ยวบิน 224 ในบทพิม โดยได้รับรางวัลเฉลิมไทยอวอร์ด ครั้งที่ 6 สาขานักแสดงหญิงในบทสมทบจากภาพยนตร์ไทยแห่งปี

ในปี พ.ศ. 2553 เฌอมาลย์แสดงในภาพยนตร์เรื่อง ชั่วฟ้าดินสลาย คู่กับ อนันดา เอเวอริ่งแฮม กำกับโดย หม่อมหลวงพันธุ์เทวนพ เทวกุล และในปีถัดมาก็แสดงในภาพยนตร์เรื่อง อุโมงค์ผาเมือง โดยแสดงคู่กับอนันดา และกำกับโดยหม่อมหลวงพันธุ์เทวนพเช่นเดิม

ในปี พ.ศ. 2557 เฌอมาลย์เป็นเมนเทอร์ 1 ใน 3 คนของรายการ เดอะเฟซไทยแลนด์ ซีซัน 1 ในปีเดียวกัน เธอยังได้รับบท กั้ง ในละครเรื่อง สามีตีตรา ซึ่งได้รับความนิยมอย่างมากในขณะนั้น และรับบท ครูแอน ในภาพยนตร์โรแมนติกเรื่อง คิดถึงวิทยา

ในปี พ.ศ. 2560 เฌอมาลย์หมดสัญญาการเป็นนักแสดงกับสถานีวิทยุโทรทัศน์ไทยทีวีสีช่อง 3 ในวันที่ 17 พฤษภาคม เธอให้สัมภาษณ์ว่าตนเองนั้นจะเป็นนักแสดงอิสระอย่างถาวร[11] ในปีเดียวกันเธอได้รับบทรสในละครเรื่องความรักครั้งสุดท้าย ถือเป็นละครเรื่องแรกของเธอหลังจากที่เป็นนักแสดงอิสระ ออกอากาศทางสถานีโทรทัศน์ช่องจีเอ็มเอ็ม 25

ในปี พ.ศ. 2561 เฌอมาลย์ได้รับการเป็นเมนเทอร์ให้กับรายการเดอะเฟซไทยแลนด์อีกครั้งในซีซันที่ 4 ต่อมาเธอได้โพสต์รูปภาพบนอินสตาแกรมส่วนตัวในข้อความว่า "ขอลาออก" ใต้คำบรรยายรูปภาพว่า "ความยุติธรรมไม่มี" และเธอได้ปรากฏตัวในรายการครั้งสุดท้ายคือตอนออกอากาศตอนที่ 10[12]