Mann började sin karriär som 18-åring och medverkade i ett antal tv-reklamfilmer. År 1996 medverkade hon i The Cable Guy, följt av roller i Freaks & Geeks, Sam Weismans George of the Jungle tillsammans med Brendan Fraser, Big Daddy med Adam Sandler, Orange County mittemot Jack Black och The 40-Year-Old Virgin med Steve Carell.
År 2007 spelade Mann huvudrollen tillsammans med Seth Rogen och Paul Rudd i Judd Apatows komedi Knocked Up, som spelade in mer än 218 miljoner dollar över hela världen. Hennes prestation gav henne strålande recensioner och en nominering för bästa kvinnliga biroll från Chicago Film Critics Association. Filmen vann People’s Choice Award för ”Favorite Movie Comedy”, utsågs till en av AFI:s ”Top Ten Films of the Year” och fick en nominering för ”Best Comedy” av Broadcast Film Critics Association Award.
År 2009 återförenades Mann med sin Big Daddy-medspelare Adam Sandler och Knocked Up-medspelare Seth Rogen i Apatows Funny People. Filmen hamnade på många av årets tio bästa listor, bland annat i The New Yorker och The New York Times. Elle-skribenten Mickey Rapkin sade att ” äger den andra halvan av 2009 års Funny People, där hennes karaktär gör det mest osannolika en kvinna kan göra i en storstudiofilm: har en affär med en före detta pojkvän på ett infall”. Samma år spelade Mann också huvudrollen i Burr Steers framgångsrika komedi 17 Again tillsammans med Zac Efron och Matthew Perry, som spelade in över 125 miljoner dollar världen över.
Hon sågs också i indiehiten I Love You Phillip Morris tillsammans med Jim Carrey och Ewan McGregor. Filmen hade premiär på Sundance Film Festival 2009 och fick vid lanseringen kritikerkommentarer, bland annat en nominering för ”Bästa komedi” till Broadcast Film Critics Association Award 2011. Mann spelade också tillsammans med Elizabeth Banks i filmen What Was I Thinking, baserad på boken av Barbara Davilman och Liz Dubelman, som spelades in 2009 men aldrig släpptes.
Under 2011 spelade Mann huvudrollen tillsammans med Ryan Reynolds och Jason Bateman i David Dobkins komedi The Change-Up. Hon lånade också ut sin röst till ”Linda”, den mänskliga huvudpersonen i Carlos Saldanhas animerade film Rio, som spelade in över 484 miljoner dollar över hela världen och där även Jamie Foxx och Anne Hathaway gjorde röstinsatser; samt till Jonah Hills animerade FOX-tv-serie Allen Gregory, som titelpersonens lärare i andra klass.
Mann fortsatte sitt arbete med röstframträdanden 2012 med sin roll i ParaNorman, en animerad 3D-, stop-motion-film av Chris Butler och Sam Fell.
I december 2012 uppträdde hon mittemot Paul Rudd i Apatows This Is 40, uppföljaren till Knocked Up. Filmen återförenade trion från den första filmen, där Mann och Rudd återupptog sina karaktärer. Uppföljaren skrevs och regisserades av Judd Apatow och inkluderade parets två döttrar i rollistan. Till skillnad från Knocked Up var This Is 40 helt och hållet centrerad på Manns karaktär och hennes familj. I en tidig reaktion på Manns prestation från Elle Magazine står det att hon ”inte bara går iväg med scenerna – hon stjäl showen”. Mann nominerades för bästa skådespelerska i en komedi av Broadcast Film Critics Association för This Is 40.
2013 medverkade Mann i Sofia Coppolas The Bling Ring med Emma Watson. Filmen är inspirerad av verkliga händelser och följer en grupp kändisfixerade tonåringar i Los Angeles som gjorde inbrott i kändisars hem genom att spåra deras vistelseort på internet.
2014 berättade hon om ”Women in Comedy”, ett avsnitt av säsong 2 av Makers: Women Who Make America.
Under 2018 spelade Mann huvudrollen som ensamstående mamma i sexkomedin Blockers och återförenades med Steve Carell i Welcome to Marwen.