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2009年8月，出演台湾古装喜剧《双龙传》；10月，出演电影处女作，在青春歌舞电影《精舞门2》中饰演女二号“红袖”，与台湾演员邱胜翊搭档情侣。
2011年4月29日，作为千岛湖旅游大使的她首次跨界主持千岛湖音乐节；7月，与李幼斌、萨日娜共同出演抗战题材电视剧《中国地》，饰演翠翠，单纯善良、多愁善感，该剧在CCTV1播出后，获得全国同时段收视冠军，她也因此被观众熟知；10月，在谍战传奇剧《兵临城下》中饰演文武双全的女革命者田木兰，坚毅勇敢，对革命事业坚定忠诚。
2012年4月，出演赵冬苓编剧的抗战剧《雾都》，在剧中饰演月红，为爱沦落，从单纯可爱的女大学生到以出卖色相为生的舞女；5月，在动作悬疑电影《地域无门》中饰演双重间谍“苏丽雅”，深藏不露、沉稳干练；9月，与袁丽、斯琴高娃等人出演年代情感剧《母亲，母亲》，饰演侯如玉，从千金小姐变为潜伏军统的秘密工作者。
2013年6月，出演由刘德华、林志玲主演的时尚动作电影《天机·富春山居图》，在片中饰演统领十二星座美女的“黑衣魔女首领”；11月，与姚元浩搭档主演台湾情感偶像剧《幸福街第3号出口》，饰演精品家俱公司首席设计师何欢，是个充满创意与才华的气质美丽女人。
2014年2月，在爱情电影《谁说我们不会爱》中饰演赛车女郎；还与保剑锋主演央视剧目《家在铁西》。
2015年11月20日，与朱雨辰搭档主演的恐怖电影《灵臆事件》上映。
2016年，参演都市职场情感大戏《和女人的战斗》。
2017年，与李幼斌张丰毅再度合作，主演中国第一部反映平反冤假错案的大型电视连续剧《因法之名》。
演戏之余，石天琦还喜欢写作，出版了多部书籍。
2009年5月，出版散文小说《水风空落眼前花》，凤凰卫视主持人陈鲁豫为该书作序。
2012年11月，出版书籍《流光不负岁月静好：三毛的美丽与哀愁》，她在该书中用自己的笔触讲述三毛的传奇经历；还出版了文学作品《因为女子》，该书为《水风空落眼前花》售空后的再次编排版本。
2013年1月，她凭借作品《流光不负岁月静好》在中国民营书业峰会颁奖盛典中获得年度畅销图书奖。
2015年，她出版了自己的首部小说《东宫·繁华沉梦》，该书在她演戏间隙创作完成，由范冰冰推荐，乐嘉亲笔作序。
2009年6月6日，由人民网、绿色中国杂志社、绿色中国网络电视中心主办的“2008绿色中国年度焦点人物、绿色宝贝”颁奖盛典在京举行，石天琦获得“中国绿色宝贝”奖，由蔡国庆先生为其颁奖。
2010年4月初，石天琦被邀请赴千岛湖拍摄旅游宣传片，之后又被聘请担任千岛湖旅游形象大使；4月14日，石天琦受邀出任中国红十字基金会“穿越特旱区”行动爱心大使，呼吁社会各界爱心人士向灾区民众伸出援手；10月，石天琦担任“美丽童行”公益盛典的推广大使，与吴宇森、刘晓庆、濮存昕共同亮相，关注中国贫困儿童教育。
2012年8月，“7.21”北京地区特大暴雨灾害发生后，石天琦与志愿者联合会代表一起冒雨奔赴房山重灾区，开展志愿服务和慰问活动，为受灾居民送去募集的资金和物资。
2014年3月16日，她在北京出席了公益盛典“2014寻找最美儿童-天使在行动全球公益选拔活动启幕礼”，并获得爱心推广大使称号。该活动获得北京成龙慈善基金会的支持，由中国妇女发展基金会-母亲水窑项目和北京环球星纳文化传媒联合主办。
2015年2月，石天琦跨界出版了个人首部小说《东宫·繁华沉梦》。新书出版后被指侵犯了同一公司某作者作品的版权。
2015年3月25日，石天琦发布了书面声明，对新书的争议点进行了澄清。
2015年3月26日，事件持续发酵“火烧连营”，网友纷纷扒出《水风》一书抄袭网络作家龚咏雨文章，龚咏雨就通过微博表示关于网络上传播的石天琦“抄袭”他网文的说法并不成立。