Après une brève carrière à la télévision et un passage remarqué au théâtre, Jude Law débute sur grand écran en 1994 avec le rôle principal du film de science-fiction Shopping, réalisé par Paul Anderson. Mais c'est trois ans plus tard, avec le film d'anticipation Bienvenue à Gattaca d'Andrew Niccol, qu'il se révèle véritablement au grand public.

C'est toujours dans la science-fiction que Jude Law trouve certains de ses rôles les plus importants : sous la direction de David Cronenberg dans eXistenZ (1998) ou de Steven Spielberg dans A.I. intelligence artificielle (2001). Dans ce dernier film, il interprète un gigolo comme il l'avait déjà fait en 1997 pour le Minuit dans le jardin du bien et du mal de Clint Eastwood.

Jude Law enchaîne les succès et navigue entre les genres avec une facilité déconcertante. On le retrouve aussi bien du côté d'Oscar Wilde, qu'en vampire dans l'étrange La Sagesse des crocodiles (2002) ou en soldat russe pendant la bataille de Stalingrad (2001). L'homme au regard perçant et au physique plus qu'avantageux côtoie les plus grands : Tom Hanks dans le film de gangsters Les Sentiers de la perdition (2001), ou Nicole Kidman dans Retour à Cold Mountain (2003), un drame se déroulant au sortir de la Guerre de Sécession qui lui permet de retrouver Anthony Minghella, le réalisateur du Talentueux M. Ripley (1999).

L'année 2004 est foisonnante pour l'acteur, qui retrouve le film d'anticipation avec Capitaine Sky et le monde de demain, joue les séducteurs dans Irrésistible Alfie, participe à un diabolique chassé-croisé amoureux dans Entre adultes consentants et incarne Errol Flynn dans Aviator de Martin Scorsese. L'acteur poursuit sa fulgurante ascension avec des rôles plus sérieux ; en 2006, il incarne Jack Burden dans le remake de Steven Zaillian, Les Fous du roi où il donne la réplique à Kate Winslet. Il retrouve peu de temps après l'actrice dans la comédie romantique de Nancy Meyers, The Holiday ; mais le bel Anglais continue à flirter avec tous les genres, puisqu'il revient au drame avec Par effraction, et retrouve ancore Anthony Minghella.

Il rejoint ensuite le tournage de My Blueberry Nights de Wong Kar-Wai où il partage l'affiche avec Natalie Portman, Kevin Spacey et la chanteuse Norah Jones qui fait ses débuts sur grand écran. Jude Law retrouve ensuite le réalisateur irlandais Kenneth Branagh pour tourner dans Sleuth, l'adaptation du roman d'Anthony Shaffer (déjà transposé sur grand écran par Joseph L. Mankiewicz en 1972, sous le titre Le Limier) où l'acteur anglais donne la réplique à un acteur britannique tout aussi célèbre, Michael Caine, déjà présent dans le film original.

Après avoir remplacé le regretté Heath Ledger dans l'un des segments de L'Imaginarium du Docteur Parnassus de Terry Gilliam, Jude Law enfile la veste du Docteur Watson et fait équipe avec Robert Downey Jr. dans le Sherlock Holmes de Guy Ritchie, avant de se muer en collecteur d'organes dans le thriller Repo Men. Toujours dans le domaine médical, il campe ensuite un journaliste dans Contagion de Steven Soderbergh (il retrouve le réalisateur en 2013 pour Effets secondaires via le rôle d'un médecin !).

L'acteur devient ensuite familier des voyages dans le temps, d'abord en jouant le père du petit Hugo Cabret, puis en retrouvant le personnage du Docteur Watson pour Sherlock Holmes 2 : Jeu d'ombres. Décidément à l'aise en costume, on le voit aussi à l'aise dans Anna Karénine face à Keira Knightley, dans un second rôle pour le Grand Budapest Hotel de Wes Anderson, lorsqu'il côtoie un Genius en la personne de Colin Firth ou se retrouve à l'affiche de King Arthur, le dernier film de Guy Ritchie. Il n'oublie pas pour autant les comédies qu'il affectionne, comme Dom Hemingway ou Spy.

Jusque-là rare au petit écran, Jude Law enchaîne à partir de 2016 les séries télévisées. Il est ainsi le rôle principal de la série The Young Pope de Paolo Sorrentino, consacrée à l'ascension du premier Pape italo-américain de l'Histoire. Il retrouve ce personnage dans la suite, The New Pope, aux côtés de John Malkovich. En 2020, il se frotte à la folk horror avec The Third Day, une production HBO qui fait parler d'elle pour l'un de ses épisodes d'une durée de 12h, tourné en live et en plan-séquence, conçu comme un évènement théâtral immersif.

À l'exception de quelques longs-métrages comme Un jour de pluie à New York de Woody Allen et The Nest, la fin des années 2010 et le début des années 2020 se caractérisent par des blockbusters pour le comédien. Il fait en effet son entrée dans le Marvel Cinematic Universe en 2019 avec Captain Marvel et incarne Dumbledore jeune dans la saga Les Animaux fantastiques, dérivée de l'univers Harry Potter.