2002年，10岁的卡拉·迪瓦伊登上时尚杂志《Vogue》的意大利版，演绎了以菲利普·崔西帽子为主题的广告。
2009年，卡拉·迪瓦伊签约Storm模特经纪公司。
2012年，首次亮相于伦敦时装周；同年，参加维多利亚的秘密内衣秀，并且受到了卡尔·拉格斐的赏识，多次牵手卡尔·拉格斐为时装秀谢幕；11月，在英国时尚大奖中被选为年度模特。
2013年，参加维多利亚的秘密内衣秀。2014年，卡拉·迪瓦伊退出了维多利亚的秘密，转而出席香奈儿秋冬内衣秀。
2015年，在福布斯公布的“全球最赚钱超模榜单”中，她以年收入900万美元排行第二名；8月，卡拉·迪瓦伊宣布正式离开模特界，转型成为演员。
2012年，参演个人首部电影《安娜·卡列尼娜》。2014年，主演由迈克尔·温特伯顿执导的悬疑电影《天使脸庞》；12月，在卡尔·拉格斐掌镜的香奈儿手工坊献礼短片《reincarnation》中，她饰演了茜茜公主，并且与法瑞尔·威廉姆斯合唱了歌曲《cc the world》。
2015年，在泰勒·斯威夫特的歌曲MV《bad blood》中客串；7月24日，与纳特·沃尔夫共同主演的爱情悬疑电影《纸镇》在美国上映，饰演玛戈，她凭借该片获得第17届青少年选择奖-最具突破影人奖；10月22日，参演的奇幻冒险电影《小飞侠：幻梦启航》在中国大陆上映，该片由乔·赖特执导。
2016年，与杰瑞德·莱托、威尔·史密斯等联合出演的科幻动作电影《X特遣队》在美国上映，饰演琼‧谬恩，她凭借该片获得第18届青少年选择奖最受期待女演员奖；同年，与克里斯托弗·瓦尔兹、艾丽西卡·维坎德等合作出演根据戴伯拉·莫盖茨同名小说改编而成的爱情电影《郁金香狂热》。
2017年，与贾登·史密斯搭档主演由Mitja Okorn执导的剧情电影《一年人生》；7月，发布个人首支单曲 《I Feel Everything》的MV；7月21日，与戴恩·德哈恩搭档主演由吕克·贝松执导的科幻电影《星际特工：千星之城》，饰演倔洛瑞琳；9月30日，与奥兰多·布鲁姆合作主演犯罪悬疑剧《仙境谋杀》，饰演精灵生物Vignette Stonemoss；同年，与艾梅柏·希尔德、提奥·詹姆斯联合主演改编自马丁·艾米斯同名小说的犯罪电影《伦敦场地》。
2020年，卡拉·迪瓦伊和贾登·史密斯主演的爱情片《一年生活》登陆亚马逊流媒体，她在片中饰演身患生病只剩下一年的生命女孩伊莎贝拉。
一年生活2020 饰演莎贝拉 导演Mitja Okorn 主演贾登·史密斯
她的气味 2018 饰演Crassie Cassie 导演亚历克斯·罗斯·派瑞 主演伊丽莎白·莫斯
伦敦场地 2018 饰演Kath Talent 导演马修·库伦 主演艾梅柏·希尔德
郁金香狂热2017-9-1 饰演Henrietta 导演贾斯汀·查德维克 主演艾丽西卡·维坎德、克里斯托弗·瓦尔兹
星际特工：千星之城2017-7-21 饰演Laureline 导演吕克·贝松 主演戴恩·德哈恩
伦敦稚恋2016-8-26 饰演Viola 导演克里斯·福金 主演威尔·保尔特
自杀小队2016-8-5 饰演Enchantress 导演大卫·阿耶 主演威尔·史密斯、玛格特·罗比
纸镇2015-7-24 饰演Margo 导演杰克·施莱尔 主演纳特·沃尔夫
小飞侠：幻梦启航2015 饰演Mermaids 导演乔·赖特 主演休·杰克曼、加内特·赫德兰
天使脸庞2014 饰演Melanie 导演迈克尔·温特伯顿 主演丹尼尔·布鲁赫
安娜·卡列尼娜2012-9-7 饰演Princess Sorokina 导演乔·怀特 主演亚伦·泰勒-约翰逊
2019 狂欢命案 Vignette Stonemoss 乔恩·阿米尔 奥兰多·布鲁姆
2014年 《reincarnation》 茜茜公主
2015年 《bad blood》 泰勒·斯威夫特
I Feel Everything 2017-07-27 Pharrell Williams制作
cc the world 2014 与法瑞尔·威廉姆斯合唱
青少年选择奖
2016 第18届青少年选择奖-最受期待女演员奖 《X特遣队》 （获奖）
2015 第17届青少年选择奖-最佳夏日电影女星奖 《纸镇》 （获奖）
2015 第17届青少年选择奖-最具突破影人奖 《纸镇》 （获奖）
卡拉·迪瓦伊是个与众不同的人，是时尚界中的查理·卓别林，她有那种天赋，就似默片时代中的人物，能够在无声电影中率先发现她，因为她夸张的肢体动作 （卡尔·拉格斐评）。
她是一个天生的演员 （吕克·贝松评），她自出道以来，以鬼马、活泼的形象示人，被誉为凯特·摩丝的接班人，同时她自带摇滚气质（《卫报》评）。
卡拉·迪瓦伊以不拘一格的风格美学、活力四射的个性及无可挑剔的红地毯风格著称（海报时尚网评）。
在电影《星际特工：千星之城》中，卡拉·迪瓦伊的精彩表演将洛瑞琳这个角色塑造的十分生动鲜活，把独特的角色魅力及坚毅果敢的性格呈现出来（Mtime时光网评）。
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