Mann a commencé sa carrière à 18 ans, apparaissant dans plusieurs publicités télévisées. En 1996, elle apparaît dans The Cable Guy, suivi de prestations dans Freaks &Geeks, George of The Jungle de Sam Weisman aux côtés de Brendan Fraser, Big Daddy avec Adam Sandler, Orange County face à Jack Black, et The 40-Year-Old Virgin avec Steve Carell.
En 2007, Mann a joué aux côtés de Seth Rogen et Paul Rudd dans la comédie Knocked Up de Judd Apatow, qui a rapporté plus de 218 millions de dollars dans le monde. Sa performance lui a valu des critiques élogieuses et une nomination au titre de « Meilleure actrice dans un second rôle » de la Chicago Film Critics Association. Le film a remporté le People’s Choice Award de la « comédie cinématographique préférée », a été nommé parmi les « dix meilleurs films de l’année » de l’AFI et a reçu une nomination pour la « meilleure comédie » du Broadcast Film Critics Association Award.
En 2009, Mann a retrouvé son covedette de Big Daddy Adam Sandler et son covedette de Knocked Up Seth Rogen pour Funny People d’Apatow. Ce film a figuré dans de nombreuses listes des dix meilleurs films de l’année, dont celles du New Yorker et du New York Times. Mickey Rapkin, rédacteur de Elle, a déclaré que » la seconde moitié de Funny People de 2009 lui appartient, et que son personnage fait la chose la plus improbable qu’une femme puisse faire dans un film de grand studio : avoir une liaison avec un ex-petit ami sur un coup de tête « . La même année, Mann a également joué dans la comédie à succès 17 Again de Burr Steers aux côtés de Zac Efron et Matthew Perry, qui a rapporté plus de 125 millions de dollars dans le monde.
On l’a également vue dans le succès indé I Love You Phillip Morris aux côtés de Jim Carrey et Ewan McGregor. Ce film a été présenté en avant-première au Festival du film de Sundance 2009, et a été salué par la critique à sa sortie, avec notamment une nomination dans la catégorie « Meilleure comédie » pour un Broadcast Film Critics Association Award 2011. Mann a également joué aux côtés d’Elizabeth Banks dans le film What Was I Thinking, basé sur le livre de Barbara Davilman et Liz Dubelman, qui a été tourné en 2009 mais n’est jamais sorti.
En 2011, Mann a joué aux côtés de Ryan Reynolds et Jason Bateman dans la comédie The Change-Up de David Dobkin. Elle a également prêté sa voix à « Linda », le personnage humain principal du film d’animation Rio de Carlos Saldanha, qui a rapporté plus de 484 millions de dollars dans le monde entier et qui a également comporté des performances vocales de Jamie Foxx et Anne Hathaway ; ainsi qu’à la série télévisée animée Allen Gregory de Jonah Hill sur la FOX, en tant que professeur de deuxième année du personnage titre.
Mann a continué son travail de performance vocale en 2012 avec son rôle dans ParaNorman, un film d’animation 3D, stop-motion de Chris Butler et Sam Fell.
En décembre 2012, elle est apparue aux côtés de Paul Rudd dans This Is 40 d’Apatow, la suite de Knocked Up. Le film réunissait le trio du premier film, Mann et Rudd reprenant leurs personnages. Cette suite a été écrite et réalisée par Judd Apatow, et inclut les deux filles du couple dans le casting. Contrairement à Knocked Up, This Is 40 est centré sur le personnage de Mann et sa famille. Le magazine Elle a réagi très tôt à la performance de Mann en déclarant qu’elle » ne se contente pas d’emporter des scènes – elle vole la vedette « . Mann a été nominée pour la meilleure actrice dans une comédie par la Broadcast Film Critics Association pour This Is 40.
En 2013, Mann est apparue dans The Bling Ring de Sofia Coppola, avec Emma Watson. Inspiré de faits réels, le film suit un groupe d’adolescents de Los Angeles obsédés par la célébrité qui ont cambriolé des maisons de célébrités en suivant leurs allées et venues sur Internet.
En 2014, elle a fait la narration de « Women in Comedy », un épisode de la saison 2 de Makers : Women Who Make America.
En 2018, Mann a joué le rôle d’une mère célibataire dans la comédie sexuelle Blockers et a retrouvé Steve Carell dans Bienvenue à Marwen.