二零零三年，尹媗凭借其出色的专业能力，在激烈的竞争中脱颖而出，以专业课第一名的优异成绩顺利考入北京电影学院表演系本科班，开始了她系统的表演艺术学习生涯。次年，即二零零四年，当时仍在学校求学的尹媗获得了难得的机遇，她被著名导演张艺谋亲自选中，成为“奥运宝贝”团队中的一员。这一荣誉使她得以代表国家远赴希腊雅典，在举世瞩目的雅典奥运会闭幕式上，参与了那场浓缩中华文化的八分钟精彩表演，这段经历为其早期的艺术道路增添了浓墨重彩的一笔。
在二零零四年，尹媗主演了一部名为《阿秀》的电视电影，并担纲女主角，这部作品是一部聚焦广东年轻人群体的青春励志片，内容极具现实针对性。次年，她与演员郭达合作，共同主演了喜剧电影《时髦老爹》，在片中饰演女一号孙宇。同样是在二零零五年，她还参演了由导演钱五一执导的电视剧作品《殷雪梅》。时间来到二零零七年，刚刚从学校毕业的尹媗获得了导演冯小刚的青睐，被选中出演雅虎网站一部宣传短片的女主角。也在同一年，她主演了由沈东执导的浪漫爱情题材电影《风花雪月》。此外，她还与左小青、斯琴格日乐等演员联合主演了刑侦剧《非常女警》，并在剧中饰演了罗依一角。同年，在王晶执导的警匪题材电视剧《A计划》中，她饰演了名为玫瑰的角色。不仅如此，她还参演了由黄文利执导的中国首部百集谍战季播剧《谍影重重》系列的第一季《谍影重重之上海》。进入二零零八年，尹媗参与了由范冰冰、杜汶泽主演的电影《回家的路》，饰演角色李昔。同年，她还出演了一部都市喜剧电影《即日起程》。同样是在这一年，在新疆阿克苏地区拍摄的电视剧《拾花妹》中，她担纲出演了女主角“刘毛妹”。在作品《女子特遣队》《血色玫瑰之女子特遣队》中，她饰演了秦可。到了二零零九年，她领衔主演了新人电影节的数字电影《房子房子我爱你》，饰演韩艳。同年，她出演了由张建栋执导的医疗生活剧《柳叶刀》。此外，在高希希执导的都市情感剧《美丽鲜花在开放》中，她饰演了叶微。二零一零年，在为纪念清华大学建校一百周年而特别拍摄的电视剧《天行健》中，她挑战饰演了“一代才女”林徽因。同年，在讲述一群年轻人投身北疆建设故事的电视剧《兵团往事》中，她饰演了徐静兰。也在这一年，在郭晓冬、胡军主演的抗日谍战剧《风语》中，她饰演了相井惠子。二零一一年，她出演了由侯咏执导的悬疑心理剧《天下无贼》。同年，她与李舜共同领衔主演了谍战剧《血色玫瑰之女子特遣队》，在剧中再次饰演了“女子特遣队老二”秦可一角。二零一二年，在安战军执导的家庭题材电视剧《家事也是事》中，她饰演了角色周小花。