Comenzó a aparecer en películas de Hollywood en 2012, con papeles en Wrath of the Titans y Fast Girls, y fue vista en otros papeles televisivos, incluido el de la condesa Natasha Rostova en la serie dramática histórica de la BBC de 2016 War & Peace. War & Peace es una serie de televisión dramática del período histórico británico-estadounidense transmitida por primera vez en BBC One el 3 de enero de 2016.
Lily James apareció en Guerra y Paz en la BBC en marzo.