2001年张柏芝首度进军国际,接拍韩国电影《白兰》,饰演飘洋过海前往韩国谋生的白兰;该片不但为她带来韩国电影大钟奖最佳女主角提名,还令她在韩国的知名度进一步提升。
2004年,张柏芝在影片《忘不了》中一改过去的玉女形象,饰演一个生活在社会底层的小巴司机;凭借在电影《忘不了》的表现,她获得了香港电影金像奖、香港电影金紫荆奖、 华语电影传媒大奖的最佳女主角奖;同年她凭借电影《大只佬》获得第10届香港电影评论学会大奖最佳女演员奖;随后她接拍了陈凯歌执导的奇幻史诗电影《无极》,饰演用无爱的一生来换取荣华富贵的倾城。该片入围第54届德国柏林国际电影节最优秀电影单元。2005年主演的电影《无极》获得美国电影金球奖最佳外语片提名。