2003年，刚崭露头角的周杰伦在青春片《寻找周杰伦》中客串同名角色，以歌手身份短暂出镜；2005年的《头文字D》是他的银幕突破之作，饰演每天帮父亲送豆腐的藤原拓海，凭借对角色青涩与执着的刻画，拿下金马奖最佳新人、金像奖最佳新演员等多个奖项，片中的山路漂移场景更成为经典画面。
2006年，他加盟张艺谋执导的古装大片《满城尽带黄金甲》，饰演性格刚烈的杰王子，与周润发、巩俐同台对戏，影片的视觉风格与他的表演形成反差；2007年，周杰伦首次自编自导自演《不能说的秘密》，聚焦音乐系学生叶湘伦与神秘转学生的跨时空爱恋，钢琴元素贯穿始终，成为他影视生涯的代表作之一。
此后，他的主演作品持续更新：2008年《大灌篮》中饰演热爱篮球的孤儿方世杰，融合喜剧与动作；2009年《刺陵》搭档林志玲，饰演游走于沙漠的探险家乔飞；2012年《逆战》与谢霆锋合作双男主，饰演背负过往的悍匪万阳，动作戏份颇有看点；2013年再次自编自导《天台爱情》，以台湾旧时代的“天台”社区为背景，塑造了乐观仗义的浪子膏，影片融入歌舞元素，充满个人风格。
除主演外，周杰伦也多次在热门影片中客串：2010年《苏乞儿》中一人分饰两角，既是苏乞儿的儿子，也是充满力量感的“武神”；2015年《老炮儿》里以寸头造型客串六爷儿子小波的朋友；2016年《惊天魔盗团2》中饰演神秘魔术师Liao，参与全球魔术大秀；2017年《乘风破浪》里客串阿浪的老板，贡献了几句台词。
这些作品虽风格各异，但都带着周杰伦的个人特质——论是音乐与剧情的融合，还是对角色的独特诠释，都让他在银幕上留下了属于自己的印记。