2010年,李梦因出演电影《白鹿原》中“白灵”一角进入演艺圈。[7]但成片中她的戏份被删减。多年后在《我就是演员》中李梦谈到被删减的原因,表示或因自身“性格缺陷”,但仍然感谢这部电影。[8]2012年12月,李梦参演的电影《血滴子》在内地上映。[9]2013年4月27日,她参 演管虎执导的电视剧《火线三兄弟》在北京影视频道首播。[10]同年,她主演的电影《天注定》在法国上映,她在片中出演“莲蓉”一角。5月,李梦凭借该片出席第66届戛纳国际电影节主竞赛单元红毯仪式,她因而成为第一位走上戛纳红毯的中国90后女演员。[11]2014年10月,她参演许鞍华执导的电影《黄金时代》在内地上映。[12]2015年,相继出演了电影《摇滚英雄》《解救吾先生》,电视剧《恋爱中的城市》等。[13]2017年1月,李梦主演的青春片《少年巴比伦》上映,饰演白蓝一角,[14]凭借此片获得第23届