1995年，童蕾进入浙江艺术学校学习。1998年，进入浙江小百花越剧团唱花旦。1999年，考入上海戏剧学院表演系本科班。
2001年，童蕾凭借剧情片《风雨十二年》出道。
2003年，童蕾拍摄了以祖国统一大业为主题的电视剧《台湾海峡》，饰演性格孤僻、坚强的“钟秀”，这是她拍摄的首部电视剧，该剧于5月29日首播；随后，童蕾从上海戏剧学院毕业后进入上海话剧艺术中心成为一名在职演员；同年，童蕾又与吉雪萍、杨坤、战士强等共同主演了由张弘、富敏执导的青春剧《走过花季》，其在剧中饰演清纯可人的中学教师“陈非儿”，由此受到关注。
2004年，由胡明凯、谭友业执导，黄海冰、郑国霖、聂远等主演的古装侠义电视剧《隋唐英雄传》是播出，童蕾在剧中饰演温文儒雅、美丽坚强的“李蓉蓉”；7月2日，由王亨里执导，焦恩俊，朴诗妍，黄海波等主演的古装爱情剧《凤求凰》播出，童蕾扮演卫青的姐姐“卫子夫”。
2005年，与李幼斌、何政军、张光北等联袂主演了由陈健、张前执导的年代战争剧《亮剑》，童蕾饰演了敢爱敢做的护士“田雨”。该剧最高收视率达13.7%，平均收视率10.7%，夺得2005年中央电视台收视冠军。
2006年，与周一围、王珞丹、郭昊仑等合作主演的情感悬疑剧《阳光像花一样绽放》首播，童蕾出演美丽的北漂演员“季文竹”；6月20日，童蕾与刘蓓、魏俊杰等共同主演的战争军旅剧《红色记忆》播出，她在剧中扮演善解人意的红军女政委“廖学书”。
2007年，与于荣光、王力可、成泰燊等领衔主演的抗战剧《狼毒花》首播，童蕾扮演对感情的坚持双胞胎姐妹：梅子和夏雨；7月3日，与谢君豪、高云翔等联合主演的抗战剧《青春之歌》播出，童蕾扮演坚定的共产党员“林道静”，并凭借该角色获得了第7届中国金鹰电视艺术节观众喜爱女演员奖；8月15日，童蕾与谢君豪、魏骏杰、滕丽名共同主演的抗战剧《记忆之城》首播，她在剧中饰演富于正义感的大家闺秀“周敏柔”。
2008年，与郭晓冬、朱泳腾、杨雪等领衔主演的都市情感剧《谁懂我的心》首播，童蕾扮演善良坚强的心理咨询师“卫娜”；7月16日，与陈宝国、蒋雯丽、孙俪等共同主演的纪实系列剧《震撼世界的七日》播出，饰演承受着失去亲人的巨大悲痛，仍然坚守抗震救灾前线的三级警司“蒋梅梅”；8月3日，与尤勇、赵子惠领衔主演的农村励志剧《大地》首播。
2009年，与杜源、石小满、何苗等合作主演的农村题材剧《绝地逢生》首播，她在剧中饰演泼辣能干的布依族女支书“韦号丽”；3月13日，童蕾与林保怡、廖凡、张少华等领衔主演的谍战剧《愤怒的天使》播出，扮演毫无政治意识的外科医生“陈慧琳”；11月12日，童蕾出演的谍战题材话剧《风声》首演。
2010年，与郭晓冬、任泉合作主演的军旅剧《那些迷人的往事》首播，童蕾再次穿上军装，饰演善良、睿智的高干子女“于抗美”；11月19日，与霍建华、张培、郑恺等领衔主演的都市青春励志剧《一一向前冲》播出，童蕾变身邋遢“剩女”周一一；11月21日，与连奕名、杜志国、何政军等联合主演的空军谍战题材剧《天阵》播出，童蕾颠覆自己以往的角色，出演一位双面间谍。
2011年，童蕾与佟大为、黄圣依、张默等联袂主演的近代传奇剧《下南洋》播出，饰演性格泼辣、爱憎分明的“邝秋菊”；9月11日，与柳云龙、谷智鑫、何政军等共同主演的谍战剧《断刺》首播，童蕾饰演了共产党安插在军统内部的重要人物“李赫男”，并凭借该角色获得了第29届中国电视剧飞天奖优秀女演员提名。
2013年，与黄海波、田小洁、任正彬等领衔主演了由刘江执导的战争剧《乱世三义》，童蕾在剧中出演坚忍的悲情女人“叶玉珊”。
2014年，与罗晋、聂鑫等领衔主演的职场励志剧《错放你的手》首播，童蕾在剧中扮演有主见、性格明朗的知性女子“艾珊”；4月，与周小倩搭档主演的时尚爱情话剧《香水》展开全国巡演，童蕾扮演保险公司销售经理“伊雯”；10月13日，与张国立、刘若英、王耀庆共同主演的家庭情感剧《半路父子》播出，童蕾饰演美丽又严厉的时尚女教师“冯佳慧”。11月28日，童蕾在由《时尚旅游》主办的“Best of Travel 2014第九届中国旅游金榜”颁奖典礼上，获得了“年度公益明星大奖”。
2015年，童蕾与侯勇、章贺、邓莎等共同主演了由白云默、张伟国联合执导的革命剧《英雄吉鸿昌》，饰演吉鸿昌知书达理的妻子“胡洪霞”。
2016年，与张桐、李成儒、申军谊等联合主演的战争剧《我和妈妈的长征》首播，童蕾在剧中出演善良伟大的母亲“水葱”；7月24日，与徐佳等领衔主演的抗战剧《宜昌保卫战》播出，饰演聪慧柔美的军统特工“江美云”；10月10日，主演的年代情感剧《我的小姨》在南京开机。
2017年，与靳东、潘虹、王芷璇等联袂主演了由易寒执导的都市情感剧《我们的爱》，童蕾饰演泼辣果敢、敢说敢做的人妻“丁雪”；2月，与蒋欣、林永健等人合作主演都市情感剧《凡人的品格》，在剧中饰演知性与美貌并重的女名人方昕然；4月，与任重、王自健、张丰毅等人合作主演史诗传奇剧《宣武门》。
2018年，童蕾与马元、萨日娜、李建义等主演都市情感剧《那座城这家人》，在剧中饰演了杨艾。
2019年，出演由导演孟奇献礼片《半条棉被》，影片中饰演历史人物徐解秀；11月19日，出演的现实主义题材电视连续剧《美好的日子》在青岛开机。
半条棉被 2020 饰演徐解秀 导演孟奇 主演陶慧、刘畅
求爱嫁期2014-05-16 饰演何嘉欣 导演宋豪辉 主演童瑶，林申，乔振宇
惊天动地2009-09-24 饰演魏霁虹 导演王珈，沈东 主演侯勇，李幼斌
风雨十二年2001 饰演宋美龄 导演鲍芝芳 主演马少骅，周莉
宣武门2019 饰演黄禾香/杨泳文 导演王小康 主演任重，王自健，张丰毅
那座城这家人2018-12-02 饰演杨艾 导演邵警辉 主演马元，萨日娜，李建义
凡人的品格2017-10-28 饰演方昕然 导演徐宗政 主演林永健，蒋欣，梁振伦
我的小姨2017-09-29 饰演秋虹 导演顾晶 主演朱泳腾，赵峥，梁振伦
我们的爱2017-08-10 饰演丁雪 导演易寒 主演靳东，潘虹，王芷璇
宜昌保卫战2016-07-24 饰演江美云 导演齐星 主演徐佳，丁咛，侯勇
我和妈妈的长征2016-04-03 饰演水葱 导演潘越 主演李成儒，张桐，李妮妮
英雄吉鸿昌2015-08-27 饰演胡洪霞 导演白云默 主演侯勇，章贺，邓莎
半路父子2014-10-13 饰演冯佳慧 导演张国立 主演张国立，刘若英，王耀庆
婚里婚外那些事2014-05-28 饰演庄亚明 导演王志强 主演周海媚，刘佳，奇道
错放你的手2014-02-20 饰演艾珊 导演曹保平 主演罗晋，聂鑫，梁同裕
当家大掌柜2013-09-03 饰演史纨清 导演周力 主演赵峥，张丹峰，马少骅
乱世三义2012-12-31 饰演叶玉珊 导演刘江 主演黄海波，田小洁，张晞临
断刺2011-09-11 饰演李赫男 导演赵浚凯 主演何政军，柳云龙，谷智鑫
下南洋2011-03-03 饰演邝秋菊 导演沈好放 主演佟大为，黄圣依，张默
天阵2010-11-21 饰演胡雅莉 导演赵浚凯 主演连奕名，杜志国，何政军
一一向前冲2010-11-19 饰演周一一 导演王加宾 主演霍建华，王晶，郑恺
那些迷人的往事2010-06-28 饰演于抗美 导演李小龙 主演任泉，郭晓冬，姬晨牧
愤怒的天使2009-03-13 饰演陈慧琳 导演董志强 主演林保怡，廖凡，刘亚津
绝地逢生2009-03-05 饰演韦号丽 导演胡铮，崔卫东 主演杜源党，昊何苗
黄河岸边是我家2009 饰演马红莲 导演张云龙 主演杨思恒，马红亮，由立平
震撼世界的七日2008-07-16 饰演蒋梅梅 导演余丁 主演陈宝国，陈建斌，孙俪，蒋雯丽
谁懂我的心2008-04-11 饰演卫娜 导演澄丰，林龙 主演郭晓冬，杨雪
记忆之城2007-08-16 饰演周敏柔 导演杨文军 主演谢君豪，叶静，李 念
青春之歌2007-05-26 饰演林道静 导演张晓光 主演谢君豪
狼毒花2007-04-24 饰演梅子 导演于荣光 主演于荣光，丁海峰，高明
大地2007 饰演肖艳春 导演赵俊凯 主演尤勇，赵子惠
幸福你就拍拍手2007 饰演周莹雪 导演罗卉 主演张延，刘红雨，李明臣
秘密2006-12-18 饰演肖晓 导演陆江 主演王学兵，张少华，李佳
红色记忆2006-06-20 饰演廖学书 导演舒崇福 主演刘蓓，魏俊杰，叶静
血战到底2006-04-20 饰演关佳敏 导演刘新 主演王亚楠，盖丽丽，任山
天和局2006-03-04 饰演玉香 导演于荣光 主演孙俪，杨幂，刘烨
阳光像花一样绽放2006-02-24 饰演季文竹 导演汪俊 主演郭昊伦，王珞丹，周一围
凤求凰2005-09-29 饰演卫子夫 导演王亨里 主演焦恩俊，朴美宣
亮剑2005-09-12 饰演田雨 导演张前 主演李幼斌，孙俪，张光北
第一次的亲密接触2004-07-28 饰演萧萧 导演冯新民 主演孙俚华，佟大为
嘉靖风云之乱世情殇2004 饰演杜鹃 导演邓育庆，余斌 主演唐国强，吕良伟，王刚
隋唐英雄传2003-10-10 饰演李蓉蓉 导演胡明凯 主演谢君豪，黄海冰，释小龙
台湾海峡2003-05-29 饰演钟秀 导演张绍林 主演赵有亮，孙海英，黄海波
没有抹完的口红2003 饰演黎锦儿 导演刘燕诚
走过花季2003 饰演陈非儿 导演张弘，富敏 主演吉雪萍，杨晓宁，战士强
暗战2003 饰演麻晓红 导演刘欣 主演王庆祥，奚美娟
刁蛮公主逍遥王2002 饰演秋霜 导演温成林 主演天心
2013 第29届中国电视剧飞天奖优秀女演员奖 断刺 （提名）
2008 第24届中国电视金鹰奖观众喜爱的电视剧女演员奖 青春之歌 （获奖）
外形靓丽，有着一双迷人大眼睛的童蕾非常适合扮演现代都市白领的角色，但自出道以来，她在荧屏上给人留下深刻印象的却都是军旅题材的主旋律作品。《暗战》中的麻小红；《亮剑》中的田雨；《红色记忆》里的廖学书；《英雄之城》里的周敏柔，在这些以男人戏为主的主旋律作品中，童蕾好似一朵悄然绽放的小花，不仅将剧中的各位英雄加以衬托，而且以自己的演技给观众留下了深刻印象。（《每日新闻》评）
不论是古装美人，还是谍战精英，亦或是战地红花，童蕾都能诠释得入木三分。在电视剧《亮剑》中，童蕾饰演李云龙的妻子田雨，其天然质朴，不着痕迹的表演给观众留下了深刻的印象。（网易娱乐评）
