2003年，凯拉·奈特莉在迪士尼出品的《加勒比海盗》中饰演女主角伊丽莎白·斯旺，一名外表大家闺秀实际野性难驯的总督女儿。此后，她还相继出演了《加勒比海盗：聚魂棺》和《加勒比海盗：世界的尽头》。

2005年，凯拉和马修·麦克费登主演了改编自简·奥斯汀同名小说的电影《傲慢与偏见》，并获得了第78届奥斯卡金像奖最佳女主角提名。

2007年9月7日，凯拉与詹姆斯·麦卡沃伊、西尔莎·罗南主演的《赎罪》在英国上映。影片中凯拉·奈特利身着的这条绿色长裙成为无数观众的美好回忆。这也是导演乔·怀特、制片保罗·维伯斯多自电影《傲慢与偏见》后再次与她的第二次合作。

2008年，凯拉·奈特莉和拉尔夫·费因斯主演的《公爵夫人》在英国上映。影片中的服饰将具有古典气质的“英伦玫瑰”凯拉·奈特莉衬托得更加靓丽抢眼，但该片最终因剧情单薄评价不及预期。

2010年，凯拉和萨姆·沃辛顿、伊娃·门德斯搭档出演了影片《一夜迷情》，该片讲述了一对年轻夫妇在不同的夜晚分别遇上了难以抵挡的诱惑而出轨的故事。

2012年，凯拉与亚伦·泰勒-约翰逊、裘德·洛主演的影片《安娜·卡列尼娜》在英国上映。与此前的12次改编相比，此版《安娜·卡列尼娜》首度采取了舞台剧的拍摄风格，把故事放置在了一个美丽而衰败的俄罗斯剧院中呈现，这与小说中腐化的莫斯科上流社会相得益彰。

2013年9月7日，凯拉·奈特莉和马克·鲁法洛主演的音乐电影《再次出发之纽约遇见你》亮相第38届多伦多国际电影节。为了准备角色，凯拉·奈特莉还特意向自己的丈夫，还有音乐人James Righton学习起了吉他。

2014年，凯拉同本尼迪克特·康伯巴奇、马修·古迪主演的传记片《模仿游戏》在英国上映。在片中，她饰演的琼·克拉克是一位密码破译者，也是图灵生命中非常重要的女性。曾与图灵订婚，不过在图灵向自己坦诚性向之后，平静地接受了事实，后成为图灵的终生挚友。次年，凯拉凭借《模仿游戏》获得第87届奥斯卡金像奖最佳女配角提名。

2016年2月10日，凯拉·奈特莉加盟影片《附属美丽》。该片由执导过《大希望温泉》和《穿普拉达的女王》的英国导演大卫·弗兰科尔掌镜，主演阵容还有凯特·温丝莱特和爱德华·诺顿，但最终票房惨败，创下男主角威尔·史密斯演艺生涯开画票房最低表现。

2018年，凯拉·奈特莉出演传记片《柯莱特》，饰演法国国宝级女作家西多妮·加布里埃尔·柯莱特。出生于1873年的柯莱特创作过《琪琪》、《谢丽》等知名爱情小说，曾获得诺贝尔文学奖提名。那个年代，女性作家社会地位极低，柯莱特创作的《琪琪》是以丈夫威利的名字出版的。随着《琪琪》的畅销，柯莱特并不满足于为丈夫当写手的生活，开始为自己争取创作与爱情的自由。