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2000年，成海璃子出演了仲间由纪惠主演的悬疑日剧《圈套》正式展开演艺生涯，并在剧中饰演了女主角“山田奈绪子”的少女时期。
2002年，继续参演了日剧《圈套》的第二部和《圈套》剧场版的第一部。
2003年，成海璃子出演了押尾学主演的政治剧《国光之政》；12月，参演了日剧《川流入海6个爱的物语》中的单元故事。
2004年，与财前直见、原沙知绘联合出演了温情感人日剧《直到生命的电池耗尽》。
2005年，成海璃子首次担任了日剧《琉璃之岛》的主演，在剧中饰演了叛逆少女“藤沢瑠璃”；8月，与神木隆之介、宫迫博之联合出演的奇幻喜剧电影《妖怪大战争》在日本上映；10月，在泽尻英龙华主演的温情日剧《一公升的眼泪》中饰演了女主角的妹妹“池内亚湖”；12月，出演的日剧SP《最后看见的街》在日本播出。
2006年，出演了小林聪美主演的剧情片《神不要投骰子》；3月，与小栗旬、松尾敏伸联合出演的社会剧情片《牛郎俱乐部》在日本上映；紧接着出演了惊悚恐怖电影《雨之町》；8月，搭档长谷川京子出演了日剧SP《最后的南丁格尔》；同年成海璃子还参演了日剧SP《一生无法忘怀的事》和《你给了我光明》。
2007年，成海璃子出演了天海佑希主演的励志日剧《演歌女王》；4月，首次担任了电影《神童》的主演，并饰演了拥有过人的音乐天赋的钢琴少女“成濑歌”；紧接着主演的电影《未来之我制作法》在日本上映，并凭借这两部电影获得了第62届每日电影奖SponichiGrandPrix新人赏；6月，搭档小出惠介主演的青春纯爱电影《只有你听见》在日本上映，通过这三部电影成海璃子还获得了第31回山路文子电影赏新人女演员赏。7月，成海璃子主演了校园励志日剧《考试之神》，在剧中饰演了高智商的天才女初中生“菅原道子”。
2008年，搭档生田斗真、原田夏希等人联合出演了漫改青春日剧《蜂蜜与四叶草》，在剧中饰演了才华横溢且浑身萝莉气息的自闭少女“本羽久美”；9月，出演的社会剧情片《逝纸》在日本上映。
2009年，成海璃子搭档永山绚斗主演了脱力系电影《罪或罚》；8月，主演的惊悚恐怖电影《山形尖叫》在日本上映。
2010年，成海璃子主演了时代剧《绽放的花》；4月，搭档北乃纪伊主演的青春电影《十六岁的武士道》在日本上映，并在剧中饰演了自幼就练习剑道的少女矶山香织；5月，与樱庭奈奈美、高畑充希联合出演了青春励志电影《书道女孩！我们的甲子园》；6月，出演的漫改喜剧电影《海边旅店》在日本上映。
2011年，成海璃子参演了天海佑希主演的刑侦剧《BOSS2》；5月，搭档忽那汐里主演了励志电影《少女们的指南针》；7月，在松田翔太主演的荒诞喜剧《堂吉诃德》中饰演了谜一样的不良少女“松浦幸子”。
2012年，成海璃子加盟了松山研一主演的NHK大河剧《平清盛》，饰演后白河天皇的宠妃平滋子；6月，与广末凉子、香取慎吾联合出演的喜剧电影《爱犬正雄向前冲！》在日本上映；9月，参演文豪短篇小说改编电影《BUNGO适度的欲望》中坂口安吾《握住的手》单元，饰演古板的心理学学生由子；同年，还出演了日剧SP《积木倒塌最终章》和《背之眼》。
2013年，搭档神木隆之介共同出演了推理日剧《小暮照相馆》；9月，主演的悬疑日剧《没有钥匙的梦》在日本有线台播出；接着，参演了园子温执导的集恋爱、暴力、动作、青春等元素融为一体的群像电影《地狱为何恶劣》；12月，出演的时代电影《寻访千利休》在日本上映；同年还出演了上户彩主演的美食电影《武士的食谱》。
2014年，成海璃子出演了竹野内丰主演的剧情片《西野的恋爱与冒险》，在剧中饰演了男主角西野幸彦的邻居“昴”。
2015年，出演了市原隼人主演的动作电影《极道大战争》；接着，搭档有村架纯、洼田正孝等人联合出演了日剧SP《永远的我们》；然后与冈田将生、染谷将太等人共同出演的动作群像电影《流浪者年代记》在日本上映。
2016年，成海璃子搭档池松壮亮主演了直木赏作家小池真理子同名小说改编的电影《无伴奏》；9月，与船越英一郎、特林德尔·玲奈、佐野雏子等人联袂出演了社会伦理剧《黑暗中的十个女人》，并在该剧中饰演了男主角的九个情妇之一；同年参演了川端康成同名小说《古都》改编的电影版。
2017年9月23日，出演由山田凉介和西田敏行共同主演的电影《解忧杂货店》上映。
2018年，参演冈田将生主演漫改电影《家族的故事》，饰演主人公拓也在老家读书时的同学明日香。
2019年，主演电影《幽灵大师》。