2000年，19歲的任家萱報名參加了“宇宙2000實力美少女選拔賽”獲得第一名，她與參賽成員田馥甄、陳嘉樺共同簽約華研國際音樂，組成S.H.E組合，華研公司為任家萱起名Selina為藝名 ?。

　　2001年9月，S.H.E正式出道，卻因美國911事件一度被媒體忽略，且出道前普遍不被外界看好。三人在努力后才開始獲得外界關注，她們的演藝之路這才開始延續下去，9月11日，正式發行首張專輯《女生宿舍》不到一周，臺灣突破五萬張，最后在臺灣的銷量達16萬張，在全亞洲累計銷售75萬張，在各大歌曲排行榜位居女子組合新人冠軍 ?；同年主演臺灣偶像劇《愛情大魔咒》 ?。

　　2002年，S.H.E組合演唱的《青春株式會社》列入臺灣民生報年度十大專輯，該年度臺灣組合銷量冠軍，銷量突破28萬張，成為臺灣女子組合銷售冠軍，并首度前往中國內地、馬來西亞與新加坡宣傳；8月發行第三張專輯《美麗新世界》 ?。

　　2003年1月23日，S.H.E的第一張精選輯《Together》發行 ?，專輯中收錄了《戀人未滿》、《Remember》、《熱帶雨林》、《美麗新世界》等12首歌曲 ?。

　　2004年，任家萱在臺北師大公民教育與活動領導學系畢業，并取得了同校設計研究所碩士學位。在畢業典禮上，她應邀代表畢業生領唱校歌，并被校長授予“誠正獎章”，嘉許任家萱身為學生藝人的優良典范 ?。

　　2005年4月，任家萱與田馥甄、陳嘉樺共同主演的電視劇《真命天女》開機 ?，在劇中，她飾演“周心蕾” ?；11月，S.H.E發行第八張專輯《不想長大》，連續5年入圍臺灣金曲獎 ?。

　　2007年4月13日，S.H.E為專輯《PLAY》拍攝封套，專輯首次收錄三人創作的作品，包括Ella作曲、Selina填詞的《老婆》，以及Hebe作詞的《說你愛我》 ?。

　　2008年9月，S.H.E發行專輯《我的電臺FMS.H.E》 ?，獲得香港地區新城勁爆國語專輯獎 ?。

　　2009年6月22日，S.H.E攜手無線音樂俱樂部隆重舉行數字音樂專輯《愛的地圖》無線首發紀新聞發布會暨歌友會 ?。

　　2010年3月30日，S.H.E表示單飛不解散 ?；6月23日，任家萱和中視《我猜我猜我猜猜猜》節目簽約一季，擔任主持人。除了接下主持工作外，她接下湖南衛視新劇《我和春天有個約會》，擔任該劇主要角色；10月17日，該劇在上海開機，10月22日，任家萱與內地演員俞灝明在拍攝一場爆破戲時遭遇意外，造成兩人身上均有不同程度的燒傷。 ?

　　2011年1月19日，任家萱自燒傷后首度公開露面，召開感恩記者會宣布出院并返家休養，暫停一切演藝活動，開始復健運動，所屬團體S.H.E的演藝活動由Hebe與Ella進行；10月，錄制歌曲《愛我的每個人》 ?；12月16日，發行個人首張EP《重作一個夢》 ?，收錄的三首歌曲，以過去、現在、未來的時態概念來紀錄任家萱受傷之后的心路歷程。 ?

　　2012年3月27日，任家萱為代言化妝品牌出席宣傳活動 ?，正式宣布復出 ?；6月23日，任家萱以S.H.E組合在第23屆臺灣金曲獎頒獎典禮再度回歸舞臺。 ?

　　2013年4月1日，任家萱主持的綜藝節目《小宇宙33號》正式播出 ?；6月，隨S.H.E組合舉辦《2GETHER 4EVER》世界巡回演唱會 ?；9月，憑借《小宇宙33號》入圍第48屆金鐘獎綜藝類節目主持人獎。 ?

　　2014年1月，任家萱與曾國城主持綜藝節目《最強大國民》的錄制 ?，1月23日，為電影《大稻埕》主題曲《青春是》音源公開 ?；2月，獲遠見雜志邀請擔任演講人，分享她在受傷期間心路歷程，在臺灣地區各大院專學校舉行巡回演講 ?；3月22日，獲邀擔任中華職棒25周年開球嘉賓 ?，3月27日，與黃子佼擔任“QQ音樂年度盛典”的主持人，首次主持內地大型活動 ?；5月，隨S.H.E組合開展“2GETHER 4EVER”世界巡回演唱會安可場 ?；6月，為偶像劇《勇敢說出我愛你》演唱片尾曲《迷路》；6月8日，在臺北市參加純女性半程馬拉松路跑活動 ?，6月28日，在第25屆流行音樂金曲獎頒獎禮中擔任“音樂人的勇敢和愛”的引言人 ?；7月，參與中央電視臺節目《開講啦》的錄制，分享自燒傷事件以及后階段復健歷程 ?；8月14日，在高雄市參加“AIESEC 2014全球青年領袖世界大會” ?；9月，參加江蘇衛視的美食節目《星廚駕到》播出 ?；10月25日，與曾國城共同擔任第49屆臺灣金鐘獎的主持人 ?，11月初，參與天津衛視廚藝節目《喜從天降》的錄制 ?，已于12月6日播出 ?。

　　2015年1月9日，任家萱發行個人首張音樂專輯《3.1415》，主打曲為《看我的》 ?；3月，任家萱首次加盟《超級戰隊》 ?；4月，破例客串偶像劇《聽見幸福》 ?；4月26日 首次參加NikeNike Women's Half Marathon - Taipei 21公里女子半程馬拉松賽——臺北站，在皮膚汗腺受損身體不能正常排汗的情況下，以2小時34分的成績完賽，在長跑照片曝光后24小時內獲得17萬網友點贊 ?；5月，加盟東方衛視真人秀節目《我去上學啦》，并演唱主題曲《重返十七歲》 ?；5月，為電影《少年班》演唱主題曲《你曾是少年》 ?；5月，代班《康熙來了》 ?；6月，加盟浙江衛視《中國夢想秀》 ?；6月，接下年代MUCH養生節目《別讓身體不開心》主持棒 ?；10月，登上2015《嘉人》銀十素顏主題封面，成為臺灣首個登上內地五大雜志封面的歌手 ?；10月，參與2015法國3D動畫電影《小王子》 國語臺版 玫瑰配音 ?；10月18日，時隔半年第二次參加Nike Nike Women's Half Marathon - San Francisco 21公里女子半程馬拉松賽——舊金山站 ?；11月1日，參加2015熱波電跑南京站 ?。