齐溪从6岁开始学舞蹈,初中考上解放军艺术学院,在校期间以跳芭蕾为主。2000年,齐溪随解放军艺术学院红星舞蹈团,赴欧洲六国文化交流。2001年,以舞蹈演员身份参加中央电视台春节联欢晚会。
齐溪最新时尚大片2008年,担任顾长卫导演的形象宣传片《千年艳遇,情归同里》的女主角；同年,出任孟京辉导演的先锋话剧《恋爱的犀牛》,成为继吴越,郝蕾,王柠之后的第四代女主角“明明”。2011年,随同《恋爱的犀牛》话剧组受邀在澳大利亚的城市阿德莱德,布里斯班和墨尔本进行演出；同年,在杨婷执导,孟京辉任艺术总监的话剧《新娘》中扮演执着于爱情的秘书小姐溪溪。2012年,主演娄烨执导的电影《浮城谜事》,在片中出演“小三”桑琪,凭借该片获得第49届台湾电影金马奖最佳新演员,青年电影手册2010年华语年度最佳新演员,第7届亚洲电影大奖最佳新演员,第13届华语电影传媒大奖最佳新演员和第10届亚洲沃克电影奖最佳新演员,共五项大奖,还提名了第13届华语电影传媒大奖最佳女配角；同年,出演高群书导演的犯罪喜剧电影《神探亨特张》；同年,与郭京飞,孔维主演职场喜剧爱情电影《小鱼吃大鱼》。2014年,在李幼斌,于小慧主演的都市剧《爱的保镖》中饰演孙铁铮；同年,搭档朱雨辰,郭京飞主演中国首部约会宝典式轻喜剧《约会专家》；9月,参演爱情喜剧电影《坏姐姐之拆婚联盟》,在片中饰演性格奔放大大咧咧的婚礼策划师李水果。2015年4月24日,主演的青春爱情电影《万物生长》上映,在片扮演的白露是韩庚的同学兼女友,标准的处女座,一丝不苟,控制欲强；同年,主演高群书执导的谍战剧《父亲的身份》；12月,在北京拍摄都市情感剧《嘿,孩子！》。2016年2月1日,客串出演的贺岁喜剧电影《过年好》上映；3月,参加2016年巴黎秋冬时装周；4月,参演文艺爱情电影《没有别的爱》；11月4日,参演刘雨霖执导的剧情电影《一句顶一万句》上映,在片中饰演蒋九的妻子赵欣婷；11月11日,参演的励志青春电影《减法人生》上映,在片中饰演食厨房学员；12月,主演马进执导都市情感剧《春风十里,不如你》,在剧中饰演风情万种,洒脱独立的妇产科主任医生柳青。齐溪2017年2月,与耿乐联袂主演吕聿来执导的电影《桃源》在辽宁省葫芦岛市开机,在片中饰演张楚的“旧爱”曹淑娟；3月22日,与宋洋主演的原创科幻电影《拓星者》在新疆开机；12月,参演王小帅执导的文艺电影《地久天长》。2018年1月,参演关锦鹏执导的爱情电影《八个女人一台戏》；2月,出演由埃米尔·库斯图里卡任总监制的剧情电影《重返铁柱山》杀青。2019年,搭档雷佳音,汤唯主演薛晓路执导的电影《吹哨人》；同年,搭档王传君主演电影《莫尔道嘎》；同年,主演孟京辉导演执导的话剧《茶馆》。2020年,由贾樟柯监制,宋方导演,齐溪主演的电影《平静》入围第70届柏林电影节Forum单元,是唯一入围该单元的中国电影,并获得该单元CICAE艺术电影奖,齐溪在影片中饰演女性纪录片工作者林同；同年,首发单曲《哪天不漫长》；6月,由其主演,黄志明监制,陈卓执导,根据东野圭吾小说改编的国产电影《彷徨之刃》在重庆开机；6月9日,由五百执导,齐溪等主演的跨时间追凶设定的悬疑剧《在劫难逃》曝光“时间梦境”版预告与“时间追凶”版海报；8月13日,王千源,王景春,齐溪等主演的电影《彷徨之刃》在官方微博首曝剧照并正式宣布杀青；11月10日,国内首部女性独白剧《听见她说》官宣阵容,白百何,郝蕾,齐溪,王智,奚美娟,杨紫,咏梅,杨幂分别加入8集单元剧演出；11月17日,齐溪主演的《魔镜》单元上线,该单元由孙悦编剧,齐溪主演；12月12日,主演的爱情悬疑电影《一意孤行》在第三届海南岛国际电影节“万象中国单元”进行首映。2021年3月20日,主演的古装历史剧《大宋宫词》开播,在剧中饰演郭清漪。9月19日,主演的电影《如果有一天我将会离开你》在北京进行了亚洲首映。2022年2月1日,主演的电影《奇迹·笨小孩》上映,在片中饰演“奇迹小队”成员,一心为家人奋斗,在深圳奔波闯荡的单身母亲汪春梅；3月14日,主演的电影《如果有一天我将会离开你》上映；5月20日,参加的励志成长音乐竞演节目《乘风破浪第三季》上线；6月23日,参加《湖南好有味》——中国粮•湖南饭特别节目,表演《一味烟雨茶》；7月,参与《突袭训练室》；7月30日,受邀出席第36届大众电影百花奖闭幕式；8月14日,获得新浪2022微博电影之夜盛典“年度口碑演员”；8月,参加"第十二届北京国际电影节"；8月18日,参加央视财经818晚会；9月3日,凭借《奇迹·笨小孩》获得2022电影频道传媒荣誉之夜最受传媒关注女配角；9月7日,参演的《风云战国之枭雄》定档9月15日。9月,将担任横店影视节第九届“文荣奖”评委。11月10日,担任2022电影频道“星辰大海”采风创作活动指导老师。11月11日,出席第35届中国电影金鸡奖电影论坛演员论坛。11月12日,获得第35届金鸡奖最佳女配角奖。11月15日,与张蔷,郭采洁等共同演唱的歌曲《乘风破浪》mv上线；11月20日,参加的大型文化节目《诗画中国》第八期播出。11月23日,受邀参加FIRST惊喜影展。12月14日,参加FIRST惊喜影展x新浪娱乐新浪潮论坛；12月25日,主持第四届海南岛国际电影节闭幕式颁奖典礼。2023年1月15日,参加《欢乐中国年——我要上春晚》第六期；1月22日,参加《“百花迎春”——中国文学艺术界2023春节大联欢》,参与表演歌曲《给电影人的情书》。2月,参演电影《她的取景器》。4月,担任第13届北京国际电影节“注目未来”单元国际评审团评审。5月23日,演唱的中国电影华表奖主题推广曲《光辉》在CCTV-6电影频道,电影频道融媒体矩阵及全网平台同步播出。6月19日,主演的电影《第八个嫌疑人》发布定档预告,宣布将于9月9日全国上映；7月28日,参演的电影《热烈》上映；9月9日,主演的电影《不虚此行》上映。
2012年9月28日,齐溪与宋宁在北京举行婚礼。婚礼司仪由央主持人王翰涛担当,齐溪的恩师担任证婚人。2019年9月15日晚,演员齐溪发文宣布与宋宁离婚,“时间给予的成长让我们都能抽身远望从前的自己,我从心底敬重宋先生。”2022年6月30日,王传君分享视频为正在参加《乘风破浪》的齐溪打call正式官宣恋情：“很高兴在这个夏天认识了一群可爱的朋友,感谢他们！这是一通来自桃花坞的电话,祝乘风破浪的你也能拥有一个滚烫的夏天。”随后,齐溪转发回复：“谢谢大家！在有风的地方就会收到桃花坞上空最温暖的声音～～”
2017年8月,齐溪作为志愿者和黄磊一起为贫困家庭唇腭裂儿童筹款。
齐溪是700多场《恋爱的犀牛》中明明的扮演者,是孟京辉眼里“最冷的明明”,高挑而清瘦,大大咧咧的贵州姑娘,在戛纳归来后多了些同龄人没有的恬淡,初涉影坛,在《浮城谜事》中的出色表演就让她在戛纳备受好评。在电影《万物生长》中颜值不高,角色不讨喜,却以爆表的演技撑起半边天的齐溪,是电影中一个惊喜的亮点,除了“求倒霉”“求脱落”“床戏”“分手吵架”“倒避孕套”这些精彩戏份,最令观众印象深刻,过目不忘的便是众人皆知的“齐溪吃虾”。齐溪的身上是能够散发出一种理想主义光彩的,这种理想主义并非不接地气或是大众意义上的文艺腔调,更类似于一种和娱乐圈绝缘的率真：自由表达,不争不抢。不论是在早年作品《浮城谜事》《万物生长》,还是近期的《地久天长》等作品中,齐溪饰演的角色都是既有魄力又有点拧巴的类型,这似乎也形成了齐溪自己的一条风格鲜明的表演路。不管外界如何评判,齐溪自己却是不太想限定自我的表演风格。