Kristen inició su carrera a la edad de nueve años, cuando un agente la vio actuar en una obra de Navidad de su colegio. Su primera actuación fue una pequeña aparición en la película para televisión Tritón por accidente (1999), producida por Disney Channel. Posteriormente apareció en la película independiente La seguridad de los objetos (2001), donde interpretaba a la hija de una madre soltera (Patricia Clarkson), pero antes tuvo una pequeña aparición en la película de Los Picapiedra en Viva Rock Vegas. Su primer papel más importante fue en la película de Hollywood, La habitación del pánico (2002), su papel era el de la hija diabética de una madre divorciada (Jodie Foster). A pesar de que la película tuvo diferentes críticas, Kristen fue una de las actrices más aclamadas.Su siguiente película después del éxito de La habitación del pánico fue La casa (Cold Creek Manor), interpretando a la hija de los personajes de Dennis Quaid y Sharon Stone.

Su primer papel como protagonista lo consiguió en Speak (2005), una película para televisión basada en una novela de Laurie Halse Anderson. Kristen tenía trece años cuando la grabó e interpretaba a Melinda Sordino, una chica que se aisla de la gente después de haber sido violada. Las críticas sobre su actuación fueron muy buenas.

En 2005 apareció en Zathura, donde interpretaba a Lisa, la irresponsable hermana mayor de dos niños que introducen su casa en una nave espacial jugando a un juego de mesa. La película recibió elogios por parte de los críticos, pero Kristen no atrajo la atención de los medios ya que su personaje pasa la mayor parte de la película inmovilizado.

Al año siguiente, interpretó a Maya en Gente poco corriente (Fierce people) (2006), dirigida por Griffin Dunne. Después de eso, recibió el papel protagonista en el thriller sobrenatural The Messengers (2007) como Jess Salomón. La película fue un éxito comercial, sin embargo, recibió comentarios muy negativos por los críticos.

En 2007, encarnó a la guapa adolescente Lucy Hardwicke en Entre mujeres (In the Land of Women), un drama romántico protagonizado por Meg Ryan y Adam Brody. La película, así como la actuación de Kristen, recibieron comentarios diversos. Ese mismo año, Stewart apareció en la aclamada película de Sean Penn, Hacia rutas salvajes (Into the Wild) y también rodó The cake eaters, donde interpreta a Georgia, una adolescente con una enfermedad terminal que desea experimentar el amor antes de que sea demasiado tarde.

Además, tuvo un cameo en Jumper y junto a Robert de Niro, Sean Penn y Bruce Willis en Algo pasa en Hollywood (What just happened?) (2008).

En Noviembre de 2007, Summit Entertainment anunció que Kristen desempeñaría el papel de Isabella Swan en Crepúsculo (Twilight) (2008), basado en el best-seller homónimo de Stephenie Meyer. Kristen se encontraba rondando Adventureland (2009) cuando la directora de Crepúsculo, Catherine Hardwicke, visitó el estudio para hacerle una prueba que la "cautivó". Comparte protagonismo con Robert Pattinson, que interpreta a Edward Cullen, un vampiro que se enamora de Bella. La película comenzó el rodaje en febrero de 2008 y terminó en mayo. Kristen repitió su personaje en la secuela, Luna Nueva (2009), y lo continuó en Eclipse (2010) y Amanecer (2011-2012) que será dividida en dos partes.

Durante una entrevista de radio, Jason Mewes confirmó que rodaría una película llamada K-11 con Kristen Stewart y Nikki Reed. La película que sería dirigida por la madre de Kristen, se desarrollaba en un dormitorio de la cárcel de Los Ángeles, pero finalmente Kristen no participará en esta película.
El 23 de marzo hasta el 29 de mayo de 2009 comenzó a grabar en Vancouver e Italia la segunda parte de la saga Crepúsculo, Luna nueva, su estreno fue en el mes de Noviembre con una recaudación de $709,827,462 en todo el mundo.

De el 21 de Junio al 2 de Agosto de 2009 fueron las filmaciones de la película The Runaways en la que interpreta a la guitarrista Joan Jett, dirigida por Floria Sigismondi y basada en la historia de la banda feménina de los años 70 que llevaba el mismo nombre.

En los premios BAFTA de 2010 fue premiada como Estrella emergente.

Interpreta a Mallory, una stripper de 17 años, junto a James Gandolfini y Melissa Leo en la película Welcome to the Rileys, que fue rodada en 2008 y su estreno no fue hasta Enero de 2010 en el Festival de Cine de Sundance. En el mismo festival también fue estrenada The Yellow Handkerchief que fue filmada en 2007, en la que interpreta a Martine una joven que viaja junto a dos desconocidos en coche.

Vanity Fair publico la lista de los Top 40 celebridades de Hollywood con más ingreso a lo largo de 2010. Stewart fue clasificada como la actriz mejor pagada en Hollywood, ganó $28.5 millones aprox. por sus películas.

En verano de 2010 comenzó el rodaje de On the Road, dirigida por Walter Salles, y en la que comparte protagonismo con Garrett Hedlund, Sam Riley y Viggo Mortensen. El estreno está previsto para 2012.

A finales de 2010 comenzó el rodaje de Amanecer, la última parte de la Saga Crepúsculo, que estará dividida en dos partes. La primera parte estrenada el 18 de Noviembre de 2011 con una recaudación de $697,727,388 en todo el mundo, y la segunda parte esta previsto que se estrene el 16 de Noviembre de 2012.

Universal Pictures ha confirmado que Kristen interpretará a Blancanieves en Blancanieves y la leyenda del cazador (Snow White and the Huntsman). El estreno está previsto para el 1 de junio de 2012. La historia está basada en el popular cuento dónde la malvada reina (Charlize Theron) ordena al Cazador (Chris Hemsworth) que mate a Blancanieves. Él no acata sus órdenes y la protege instruyéndola en el arte de la guerra.