फातिमा ने बाल कलाकार के रूप में इंडस्ट्री में कदम रखा था। उन्होंने अपने करियर की शुरुआत 1997 में फिल्म 'इश्क' से की थी। वह कमल हासन की फिल्म 'चाची 420' और शाहरुख खान की फिल्म 'वन टू का फोर' में भी नजर आई थीं।
नितेश तिवारी के निर्देशन में बनी यह फिल्म 2016 में रिलीज हुई थी। 'दंगल' में फातिमा ने पहलवान महावीर फोगाट की बड़ी बेटी गीता फोगाट का किरदार निभाया था और अपने अभिनय से दर्शकों का दिल जीत लिया था। इसके बाद वह 'दंगल' स्टार के नाम से लोकप्रिय हो गई थीं।
नेटफ्लिक्स पर आई 'लूडो' में फातिमा ने अपने अभिनय से दर्शकों को अपना मुरीद बना दिया था। अनुराग बसु की इस फिल्म में फातिमा ने पिंकी जैन नाम की एक महिला का किरदार निभाया। उन्होंने एक प्रेमिका, मां और पत्नी का किरदार बखूबी पर्दे पर उतारा।
फिल्म 'सूरज पे मंगल भारी' 2020 में दशकों के बीच आई थी। इसमें मनोज बाजपेयी, दिलजीत दोसांझ और फातिमा ने लीड रोल किया था। फिल्म में फातिमा ने मनोज की बहन तुलसी उर्फ टीना का किरदार निभाया था। उनके अवतार ने प्रशंसकों को हैरान कर दिया था।
इस फिल्म में असहज रिश्तों की चार कहानियां दिखाई गई थीं। फातिमा इसकी पहली कहानी का हिस्सा थीं। पहली कहानी का निर्देशन शशांत खेतान ने किया है। इसमें फातिमा ने लिपाक्षी नाम की एक महिला का किरदार निभाया। उनकी जोड़ी बबलू उर्फ जयदीप अहलावत के साथ बनी थी।
राज सिंह चौधरी के निर्देशन में बनी इस फिल्म में अनिल कपूर, उनके बेटे हषवर्धन और फातिमा ने मुख्य भूमिका निभाई थी। इस फिल्म के जरिए भी फातिमा ने अपने किरदार के साथ एक नया प्रयोग किया। उनका लुक और अंदाज दर्शकों को बेहद पसंद आया। फिल्म में उन्होंने चेतना नाम की एक महिला का किरदार निभाया था।