Filmes debütálására 2000-ben, A szökevényben került sor. Az első főszerepet és ezzel az áttörést a Már megint egy dilis amcsi film hozta meg neki, amiben ő kapta Jake Wyler szerepét. A tinifilm-paródiát követően több moziban lett övé a vezető szerep. Játszott a Halálbiztos vizsgában Scarlett Johansson oldalán, majd a Mobil című akcióban Kim Basinger partnereként.

A London című filmben egy bekattant kábítószerest alakít, akinek párkapcsolati problémái vannak. A dráma női főszereplője Jessica Biel, de feltűnik benne Jason Statham is.

2005-ben az Elizabethtown című film lehetséges főszereplőjeként hallgatták meg, de végül Orlando Bloom lett a befutó. Chris-t kiválasztották a népszerű Marvel képregény filmes adaptációjának, a Fantasztikus Négyes egyik hősének szerepére. Fáklyaként visszatért a A Fantasztikus Négyes és az Ezüst Utazó című folytatásában is, 2007-ben. Még ugyanebben az évben egy mérnökből lett űrhajóst, Mace-t alakította Danny Boyle sci-fi-jében, ami után már komoly tehetségként kezdték el számon tartani.

2008-ban Keanu Reeves partnere Az utca királyaiban. Meghallgatták a homoszexuális Harvey Milk politikus életéről szóló Milk című drámában, a híres melegjogi aktivista szeretőjének karakterére. A szerepet végül James Franco játszotta.

2009-ben Dakota Fanning és Camilla Belle oldalán tűnik fel Az energia című thrillerben. A filmben saját harci jelenetei voltak, amikben sérüléseket is szerzett hetekkel visszafogva a mozi elkészültét.

2010-ben több filben is látható. A Vesztesek bosszúja című DC Comics akció-vígjáték adaptációban Zoe Saldana és Jeffrey Dean Morgan partnere. A szintén képregényből készült Scott Pilgrim a világ ellen című vígjátékban Lucas Lee-t alakítja.

Az ikonikus, Marvel képregényből készülő, három részből álló mozifilm-sorozatban ő alakítja a címszereplő főhőst, Amerika Kapitányt. Evans a Bosszúállók filmjeiben is a Kapitány szerepében látható, legközelebb a Végtelen Háborúban (2018. május).