En 1994, elle remporte le titre de Miss Monde et elle devient l'un des mannequins les plus populaires de l'Inde. Elle est d'ailleurs l'image de nombreuses marques internationales dans son pays (Coca-Cola, Longines, L'Oréal). Remarquée par l'industrie cinématographique de Madras, elle est encensée par la critique pour son rôle dans Iruvar (Mani Ratnam), en 1997. La même année, elle remporte un prix du meilleur espoir féminin pour sa prestation dans Aur Pyar Ho Gaya.
Aishwarya Rai fait ses débuts dans les film hindi avec Aur Pyaar Ho Gaya face à Bobby Deol. Le film réalise des résultats médiocres au box-office. Il faut attendre 1998 pour qu'elle connaisse son premier grand succès avec le film Jeans.
En 1999, Aishwarya Rai joue dans le film de Sanjay Leela Bhansali Hum Dil De Chuke Sanam aux côtés de Salman Khan et Ajay Devgan. Le film narre l'histoire d'une jeune femme, Nandini, forcée de se marier au personnage joué par Ajay Devgan, bien qu'elle aime un autre homme joué par Salman Khan. Son mari essaie de la rendre à son amour, qu'ils finissent par retrouver. Succès critique et populaire, placé troisième au box-office indien de 1999, le film lui vaut son Filmfare Award. La même année, elle joue dans le film Taal avec Anil Kapoor. Le film est également un succès commercial et critique et engrange plus de 65 420 000 roupies. En 2000, elle apparait dans le film Josh, succès commercial supplémentaire avec plus de 74 460 000 roupies de recettes. Aishwarya Rai est au sommet de sa carrière. La même année, elle apparaît dans le film de Satish Kaushik Hamara Dil Hai Paas Aapke face à Anil Kapoor, puis dans Mohabbatein. Elle joue également dans le film tamoul Kandukondain Kandukondain, aux côtés de Mammooty, Ajith Kumar et Tabu.
En 2002, elle est l'actrice principale de Devdas. Ce film, contant l'histoire d'une jeune fille d'extraction modeste ne pouvant épouser son amoureux à cause des différences de niveau social, est le plus gros succès de l'année en Inde et remporte plusieurs prix. En particulier, il vaut à Aishwarya Rai le Filmfare Award de la meilleure actrice. Il est également présenté hors compétition au Festival de Cannes par elle, l'autre tête d'affiche Shahrukh Khan et le réalisateur Sanjay Leela Bhansali. Continuant son ascension, Aishwarya Rai est l'année suivante la première actrice indienne membre du jury du Festival de Cannes.
En 2004, elle est la première actrice indienne à avoir sa statue chez Madame Tussauds, le musée de cire de Londres. Elle enchaine des succès cinématographiques tels Coup de foudre à Bollywood et Dhoom 2.
Depuis 2006, s'ajoutent des succès tels que Dhoom 2 (2006), Sarkar Raj (2007), Jodha Akbar (2008) Robot (Endirhan) (2010) etc. Elle joue dans les films hollywoodiens Pink panther 2 ou The Last Legion. En février 2011, elle et son mari sont invités à la cérémonie des Oscars.