Với vẻ đẹp trời phú, Thẩm Thúy Hằng bén duyên với điện ảnh từ năm 16 tuổi. Bà vượt qua 2.000 thí sinh để giành giải nhất cuộc thi tuyển diễn viên điện ảnh của Hãng phim Mỹ Vân.
Sau khi được đi học lớp diễn xuất ngắn hạn ở Hồng Kông, trở về nước, Thẩm Thúy Hằng lập tức vụt sáng thành sao nổi tiếng khi vào vai Tam Nương trong bộ phim đầu tiên Người đẹp Bình Dương. Vai diễn đầu tiên Tam Nương của Thẩm Thúy Hằng trong phim Người đẹp Bình Dương của đạo diễn Năm Châu năm 1958. Trong bộ phim này, Thẩm Thúy Hằng diễn xuất cùng nam diễn viên Nguyễn Đình Dần.
Sau đó Thẩm Thúy Hằng tham gia rất nhiều bộ phim khác, lập kỷ lục là diễn viên đóng nhiều phim nhất của thập niên 1950, 1960. Từ đây, cô gái 16 tuổi Kim Phụng đã có cơ hội vàng bước vào lĩnh vực "nghệ thuật thứ 7", với một bước ngắn thôi, nhưng đã khiến Kim Phụng nhảy vọt rất xa lên đỉnh vinh quang.
Thẩm Thúy Hằng tiếp tục gặt hái thành công rực rỡ từ các phim Trà Hoa Nữ, Đôi mắt huyền, Điệp vụ tìm vàng, Sóng tình, Như hạt mưa sa, Tứ quái Sài Gòn... Nhan sắc tuyệt mỹ cùng tài năng thiên bẩm giúp bà vươn ra ngoài Việt Nam và tới các nước châu Á.
Những năm đầu thập niên 1960, Thẩm Thúy Hằng là giai nhân được săn đón hàng đầu, được mệnh danh là biểu tượng nhan sắc. Bà từng tiết lộ, có lúc từng được trả cát-xê một triệu đồng cho một vai (tương đương một cân vàng lúc bấy giờ).
Thời đỉnh cao sự nghiệp, Thẩm Thúy Hằng đã hai lần đoạt giải Diễn viên xuất sắc Á châu tại Liên hoan phim Đài Bắc, Ảnh hậu Á châu trong Liên hoan phim Á châu tổ chức tại Hồng Kông và Đài Loan (Trung Quốc).
Sau khi trở thành ngôi sao tỏa sáng làng điện ảnh, Thẩm Thúy Hằng được các hãng phim lúc bấy giờ mời vào vai chính liên tục. Bà đóng rất nhiều phim (khoảng 60 phim) và trở thành minh tinh số một với tiền cát-xê một triệu đồng cho một vai diễn (tương đương một kg vàng 9999 thời bấy giờ).
Ngoài vai diễn đầu tiên Tam Nương trong phim Người đẹp Bình Dương, một vai diễn khác cũng rất đẹp của Thẩm Thúy Hằng từng gây được tiếng vang, góp phần đưa tên tuổi của bà lên nấc thang danh vọng, đó là vai Chức Nữ trong bộ phim Ngưu Lang Chức Nữ cũng do hãng phim Mỹ Vân sản xuất, NSND Năm Châu đạo diễn. Khán giả không thể quên nàng Chức Nữ đẹp lộng lẫy, sương khói đang bay về trời trong tiếng hát thánh thót như ngân lên từ những áng mây huyền ảo, thần tiên trong nhạc cảnh Chức Nữ về trời do Phạm Duy soạn nhạc.
Không chỉ hợp tác làm phim, đóng phim ở nước ngoài mà đi đâu, dự bất cứ cuộc liên hoan phim nào, Thẩm Thúy Hằng cũng đều được trọng vọng, sánh ngang hàng với các diễn viên nổi tiếng nước ngoài. Đây là một trường hợp đặc biệt, hiếm có. Đặc biệt, những sự ân sủng này chính là nhờ sự nổi tiếng, nhan sắc và tài năng của bà. Đồng thời những năm đó, không chỉ tham gia đóng phim tình cảm tâm lý xã hội, Thẩm Thúy Hằng cũng bước sang lĩnh vực phim hài và phim kinh dị như: Chàng ngốc gặp hên, Giỡn mặt tử thần … Ở lĩnh vực nào, bà cũng thành công.
Năm 1969, bà đứng ra thành lập nhóm làm phim riêng mang tên Thẩm Thúy Hằng, tiền thân của hãng Vilifilms nổi tiếng ở Sài Gòn sau này. Bộ phim đầu tiên của bà trong vai trò chủ hãng là Chiều kỷ niệm. Đạo diễn phim là Lê Mộng Hoàng cùng các diễn viên: Năm Châu, Kim Cúc, Phùng Há, Thanh Tú, Huy Cường, Việt Hùng, Ngọc Nuôi,... Sự thành công rực rỡ của Chiều kỷ niệm làm tên tuổi của Thẩm Thúy Hằng thêm nổi tiếng, bà tiếp tục cho ra đời thêm các bộ phim Nàng, rồi Ngậm ngùi, đều thu được thành công rực rỡ. Bà tham dự nhiều liên hoan phim, xuất hiện tại Hồng Kông, Đài Loan, Hàn Quốc, Ấn Độ, Thái Lan, Singapore, Indonesia...
Không chỉ điện ảnh, Thẩm Thúy Hằng còn tham gia lĩnh vực sân khấu, đóng kịch và diễn cải lương. Trong vai trò trưởng ban, Bà viết kịch bản, dàn dựng và đóng vai chính. Một số vở thành công như Người mẹ già, Suối tình, Đôi mắt bằng sứ... Trên sân khấu cải lương, Thẩm Thúy Hằng có vai vũ nữ Cẩm Lệ trong vở Bóng chim tăm cá của đoàn Thanh Minh - Thanh Nga...
Những năm 1960, ở miền Nam xuất hiện nhiều ban kịch nổi tiếng như: Tân Dân, Dân Nam, ban kịch Kim Cương, ban kịch Mộng Tuyền, Túy Hoa…Những tên tuổi có trong lòng khán giả mộ điệu hàng đêm trên sân khấu như: Năm Châu, Kim Chưởng, Vân Hùng, Thanh Tú, Kim Cương, Kim Cúc, La Thoại Tân…trở thành ngôi sao hướng sự chú ý của mọi khán giả.
Ban kịch Thẩm Thúy Hằng ra đời vào đúng thời điểm nhạy cảm, sự cạnh tranh rất gay gắt đang diễn ra. Nhưng đúng như quan niệm cấp tiến, có cạnh tranh là có phát triển và phát triển mạnh hơn, vững bền hơn.
Một lần nữa, Thẩm Thúy Hằng và Ban kịch của bà đã làm bùng nổ dư luận và cạnh tranh. Mặc dù lúc bấy giờ, ai cũng thừa biết, khán giả đến với rạp xi-nê, sân khấu tân nhạc, kịch nói hay cải lương không chỉ để nghe, mà còn để ngắm sao. Khán giả không đặt mục tiêu chính yếu về chuyện dở hay của kịch bản, đào kép đẹp hay xấu, diễn dở hay hay, miễn là ban kịch của minh tinh màn bạc Thẩm Thúy Hằng. Ban kịch của một cô đào nổi tiếng, nữ hoàng nhan sắc, thần tượng của dư luận.
Trước năm 1975, Thẩm Thúy Hằng cũng thường xuyên xuất hiện trên sân khấu Đại nhạc hội, nhưng không phải diễn kịch, đóng cải lương mà là hát tân nhạc. Một số ca khúc do Thẩm Thúy Hằng thể hiện trên lĩnh vực này tương đối thành công là Hai chuyến tàu đêm của Trúc Phương và Tình lỡ của Thanh Bình. Ngoài ra, hình ảnh của Thẩm Thúy Hằng đi liền với Thanh Nga thường xuyên xuất hiện trên bìa các báo xuân và lịch tết với biểu tượng một người là Nữ hoàng điện ảnh còn người kia là Nữ hoàng sân khấu cải lương. Cả hai đều đại diện cho nhan sắc người phụ nữ được nhiều người ái mộ.
Các danh hiệu của NSƯT Thẩm Thúy Hằng
1964: Danh hiệu Hoa hậu Ảnh Toàn Châu Á
1972-1974: Diễn viên xuất sắc Á châu tại Liên hoan phim Đài Bắc, Ảnh hậu Á châu trong Liên hoan phim Á châu tổ chức tại Hồng Kông và Đài Loan.
1973: Giải Kim Khánh (Ảnh Hậu Quốc Gia)
1982: Giải nữ diễn viên khả ái nhất tại LHP Moscow và Tasken tại Liên Xô.