문채원은 원래 미술학도였으나 2007년 시트콤 《달려라 고등어》에 출연하면서 배우로 데뷔한 후, 2008년 《바람의 화원》에서 기생 정향 역으로 출연해 문근영과 '닷냥커플'로 불리며 국내 최초 여성 커플이 베스트커플상을 받는 기록을 세웠다. 2009년 《찬란한 유산》에서 40%를 넘는 시청률로 흥행을 이끌며 대중에게 이름을 알렸고, 2011년 《최종병기 활》로 대종상과 청룡영화상 신인여우상을 수상했다. 이후 《공주의 남자》와 《세상 어디에도 없는 착한 남자》로 2년 연속 KBS 연기대상 최우수상을 수상하며 스타덤에 올랐고, 2013년 《굿 닥터》로 KBS 연기대상 우수상을 수상했다. 사극에서의 우아하고 섬세한 연기로 '사극 최적화 배우'로 불리며, 최근까지도 드라마와 영화 양쪽에서 폭넓은 활동을 이어가고 있다. 2026년 하트맨에서 보나 역을 맡았다. 2025년 귀시에서 이채원 역을 맡았다. 2024년 틈만나면,에 출연했다.