Efter sine studier flyttede Kaur til Mumbai og arbejdede som printmodel. Hun begyndte at arbejde som teaterskuespillerinde og optrådte i stykker som Baghdad Wedding (2012), All About Women og Red Sparrow, hvor hun arbejdede med instruktører som Sunil Shanbag og Manav Kaul.
Kaur blev lanceret i en musikvideo i to dele til sangene “Tera Mera Pyar” af Kumar Sanu og “Yeh Kya Hua” af Shreya Ghoshal i 2004. Videoerne blev instrueret af forfatter og redaktør Apurva Asrani. Hun har også lavet tv-reklamer.
Kaur fik sin filmdebut med en lille rolle i en engelsk film, One Night with the King (2006), som blev optaget i Rajasthan. Hendes Hindi-filmdebut kom med Peddlers i 2012, produceret af Anurag Kashyap. Filmen blev vist på filmfestivalen i Cannes og fik gode anmeldelser.
Kaur fik offentlig opmærksomhed, da hun optrådte i en reklamefilm for Cadbury Silk.
Kaur deltog for anden gang i Cannes-festivalen for den romantiske brevfilm The Lunchbox (2013). Filmen var en kommerciel og kritisk succes. Kaur modtog rosende anmeldelser for sit portræt af en ensom hustru, der begynder et venskab med en mand (spillet af Irrfan Khan) gennem breve. Raja Sen fra Rediff.com sagde om Kaurs præstation: “Det er en afvæbnende naturlig præstation, som er umulig at glemme og svær at analysere, og på dette begrænsede sted kan man blot udtrykke beundring.” Jay Weissberg fra Variety kaldte hende en “strålende tilstedeværelse”, og Pratim D. Gupta fra The Telegraph sagde, at “Nimrat fjerner al sentimentalitet for at tillægge karakteren værdighed og ynde. Dette er en funklende debut.”
I 2014 optrådte Kaur i rollen som ISI-agenten Tasneem Qureishi i fjerde sæson af den amerikanske tv-serie Homeland. Samme år forpligtede hun sig til at spille sammen med Rajkummar Rao i et ubetitlet psykologisk drama, der skal instrueres af Saurabh Shukla.
I 2016 medvirkede hun i krigsdramaet Airlift sammen med Akshay Kumar. Filmen, der er baseret på den civile operation med evakuering af indere baseret i Kuwait under Irak-Kuwait-krigen, blev udgivet den 22. januar og fik overvejende positive anmeldelser. Rajeev Masand skrev i sin anmeldelse: “For det meste føles filmen autentisk, og Nimrat Kaur falder godt ind i billedet. Hun er bare en lille smule akavet i de første scener, men hun kommer til sin ret, når hun skal holde en sønderlemmende monolog under en troskrise over sin mands handlinger.” Filmen blev en økonomisk succes. Kaur begyndte også at portrættere Rebecca Yedlin i anden sæson af den amerikanske tv-serie Wayward Pines i 2016.
I 2017 spillede Kaur hovedrollen som Shikha Sharma i den hindi webserie The Test Case.
Hun vendte tilbage til den ottende og sidste sæson af Homeland som fastansat i serien i februar 2020.