2000年，19岁的任家萱报名参加了“宇宙2000实力美少女选拔赛”获得第一名，她与
参赛成员田馥甄、陈嘉桦共同签约华研国际音乐，组成S.H.E组合，华研公司为任家萱起名Selina为艺名。
2001年9月，S.H.E正式出道，却因美国911事件一度被媒体忽略，且出道前普遍不被外界看好。三人在努力后才开始获得外界关注，她们的演艺之路这才开始延续下去，9月11日，正式发行首张专辑《
女生宿舍》不到一周，台湾突破五万张，最后在台湾的销量达16万张，在全亚洲累计销售75万张，在各大歌曲排行榜位居女子组合新人冠军；同年主演台湾偶像剧《爱情大魔咒》。
2002年，S.H.E组合演唱的《青春株式会社》列入台湾民生报年度十大专辑，该年度台湾组合销量冠军，销量突破28万张，成为台湾女子组合销售冠军，并首度前往中国内地、马来西亚与新加坡宣传；8月发行第三张专辑《
美丽新世界》。
2003年1月23日，S.H.E的第一张精选辑《Together》发行，专辑中收录了《恋人未满》、《Remember》、《热带雨林》、《美丽新世界》等12首歌曲。
2004年，任家萱在台北师大公民教育与活动领导学系毕业，并取得了同校设计研究所硕士学位。在毕业典礼上，她应邀代表毕业生领唱校歌，并被校长授予“诚正奖章”，嘉许任家萱身为学生艺人的优良典范。
2005年4月，任家萱与田馥甄、陈嘉桦共同主演的电视剧《真命天女》开机，在剧中，她饰演“周心蕾”；11月，S.H.E发行第八张专辑《
不想长大》，连续5年入围台湾金曲奖。2011年1月19日，任家萱自烧伤后首度公开露面，召开感恩记者会宣布出院并返家休养，暂停一切演艺活动，开始复健运动，所属团体S.H.E的演艺活动由Hebe与Ella进行；10月，录制歌曲《爱我的每个人》；12月16日，发行个人首张EP《重作一个梦》，收录的三首歌曲，以过去、现在、未来的时态概念来纪录任家萱受伤之后的心路历程。
2012年3月27日，任家萱为代言化妆品牌出席宣传活动，正式宣布复出；6月23日，任家萱以S.H.E组合在第23届台湾金曲奖颁奖典礼再度回归舞台。
2013年4月1日，任家萱主持的综艺节目《小宇宙33号》正式播出；6月，随S.H.E组合举办《2GETHER4EVER》世界巡回演唱会；9月，凭借《小宇宙33号》入围第48届金钟奖综艺类节目主持人奖。
2014年1月，任家萱与曾国城主持综艺节目《最强大国民》的录制，1月23日，为电影《大稻埕》主题曲《青春是》音源公开；2月，获远见杂志邀请担任演讲人，分享她在受伤期间心路历程，在台湾地区各大院专学校举行巡回演讲；3月22日，获邀担任中华职棒25周年开球嘉宾，3月27日，与黄子佼担任“QQ音乐年度盛典”的主持人，首次主持内地大型活动；5月，随S.H.E组合开展“2GETHER4EVER”世界巡回演唱会安可场；6月8日，在台北市参加纯女性半程马拉松路跑活动，6月28日，在第25届流行音乐金曲奖颁奖礼中担任“音乐人的勇敢和爱”的引言人；7月，参与中央电视台节目《
开讲啦》的录制，分享自烧伤事件以及后阶段复健历程；8月14日，在高雄市参加“AIESEC2014全球青年领袖世界大会”；9月，参加江苏卫视的美食节目《星厨驾到》播出；10月25日，与曾国城共同担任第49届台湾金钟奖的主持人，11月初，参与天津卫视厨艺节目《喜从天降》的录制，已于12月6日播出。
2015年1月9日，任家萱发行个人首张音乐专辑《3.1415》，主打曲为《看我的》；3月，任家萱首次加盟《超级战队》。
