Frustrée par le manque de représentation de la culture indienne à la télévision, Archie Panjabi perçoit les apparitions de Shreela Ghosh dans le feuilleton populaire EastEnders comme une véritable révélation. La jeune femme décide alors de prendre un agent, sans suivre de formation académique. Après des débuts difficiles, Damien O'Donnell lui permet d’intégrer la famille Khan dans Fish and Chips. Bien reçu par la critique cannoise, le long-métrage obtient le BAFTA du meilleur film en 2000. Grâce à ce rôle de garçon manqué et fan de football, elle se fait remarquer par la réalisatrice de Joue-la Comme Beckham qui lui propose d’incarner le personnage principal du film. Cette comédie va lancer la carrière de sa partenaire à l’écran, Keira Knightley.
Pour sa part, les projets qui lui sont alors proposés la cantonnent à des intrigues dont le sujet est la culture indienne ou pakistanaise, à l’image de White Teeth, ou de Yasmin, un drame sur les violences racistes commises au lendemain du 11 septembre. Sa prestation attire l'attention des producteurs américains et l'amène à participer à sa première grosse production, The Constant Gardener, adaptée du roman éponyme de John Le Carré. Par la suite, le grand écran lui permet de faire diverses apparitions, dans Un Cœur Invaincu avec Angelina Jolie ou encore aux côtés de Marion Cotillard et Russel Crowe pour Une Grande Année de Ridley Scott.
La jeune femme est coincée à Londres, sans emploi, lorsqu’elle reçoit le coup de fil qui va tout changer. Les producteurs de The Good Wife sur CBS lui proposent le rôle de Kalinda Sharma, une enquêtrice privée du bureau d’Alicia Florrick. Ce personnage borderline, aussi provocant qu’attachant deviendra un des plus appréciés de la série et sa prestation est saluée par un Emmy en 2010. Les propositions sont alors nombreuses et, parallèlement au tournage du drame judiciaire, elle est à l’affiche de The Infidel, rejoint Gillian Anderson dans The Fall, et participe au film de science-fiction I Origins, mené par Michael Pitt.
En 2015, son départ de The Good Wife surprend tout le monde. Sans annonce officielle, les rumeurs se multiplient autour de la relation tempétueuse sur les plateaux entre l’actrice et Julianna Margulies, la star du show. Mais cette démission ne la ralentit en rien : elle rejoint Dwayne Johnson sur San Andreas, et signe pour la saison 2 du thriller Blindspot, où elle incarne la chef d’une unité secrète de la NSA, qui suit dans l’ombre le cas Jane Doe.
Margaux Boichard