Même si elle a joué son rôle le plus iconique dans X-Men (2000), X-Men 2 (2003) et X-Men : L'Affrontement final (2006), il peut être difficile d'y reconnaître Rebecca Romijn puisque l’actrice y incarnait Mystique, la mutante bleue et métamorphe. Parallèlement à son travail chez Marvel, elle a donné la réplique à Antonio Banderas dans le thriller culte Femme Fatale (2002) et à Greg Kinnear et Robert De Niro dans Godsend : Expérience interdite (2004). Après quelques apparitions sur petit écran, Rebecca Romijn obtient son premier grand rôle télévisuel dans la série Ugly Betty : elle y campe le personnage d’Alexis Meade dans les trois premières saisons, entre 2006 et 2008. En 2019, elle rejoint Star Trek: Discovery dans le rôle de Number One / Una Chin-Riley, avant de reprendre son rôle trois ans plus tard dans la série Star Trek: Strange New Worlds (2022).