Nach dem Erfolg von Room spielte Larson eine Hauptrolle in Free Fire (2016), einer Action-Komödie über eine Schießerei in einem Lagerhaus. Sie stimmte dem Projekt zu, um die Aufmerksamkeit auf Waffengewalt zu lenken. Eric Kohn von IndieWire bemerkte, wie sehr sich Larsons Rolle von der in Room unterschied und fügte hinzu, dass ihr „geschäftsmäßiges Auftreten einmal mehr ihre Fähigkeit beweist, eine Szene mit einem einzigen Blick zu beherrschen“. Kommerziell konnte der Film seine Investition von 7 Millionen Dollar nicht wieder einspielen. Sie hatte eine Rolle in Todd Solondz‘ Komödie Wiener-Dog gedreht, die jedoch gestrichen wurde, als Solondz ihre Rolle als unwesentlich für die Geschichte empfand. Im folgenden Jahr spielte Larson die Hauptrolle im zweiten Teil des MonsterVerse-Franchise mit dem Titel Kong: Skull Island, in dem Tom Hiddleston und Samuel L. Jackson mitspielen. Der Film wurde in Vietnam gedreht und zeigte sie als Fotojournalistin in den 1970er Jahren. Es war ihr erstes Big-Budget-Projekt, und obwohl sie froh war, eine Rolle zu spielen, die nicht durch ihr Aussehen definiert war, beklagte sie den Mangel an weiblichen Co-Stars. Ann Hornaday von der Washington Post lobte die visuellen Effekte des Films und war der Meinung, dass „Larson es schafft, sich mit sehr wenig zu tun durchzusetzen“. Kong: Skull Island war ein kommerzieller Erfolg und spielte weltweit über 566 Millionen Dollar ein.
Larson wirbt für Captain Marvel im Jahr 2019
Später im Jahr 2017 spielte Larson die Rolle der Jeannette Walls in The Glass Castle, einer Adaption von Walls‘ Memoiren, die sie mit Destin Daniel Cretton wieder zusammenbrachte. Er erzählt die Geschichte der Beziehung einer jungen Frau zu ihren nonkonformistischen Eltern (gespielt von Woody Harrelson und Naomi Watts). Larson fühlte sich von der komplexen Darstellung einer Eltern-Kind-Beziehung angezogen und identifizierte sich mit dem Thema der Vergebung. Sie arbeitete eng mit Walls und ihren Geschwistern zusammen und beobachtete ihre Eigenheiten. Peter Bradshaw von The Guardian missfiel die Sentimentalität des Films, merkte aber an, dass „er, wenn auch nur ein wenig, durch die robuste Präsenz von Brie Larson gerettet wird“. Ebenfalls schlecht aufgenommen wurde die in Indien angesiedelte Musical-Romanze Basmati Blues, ein Projekt, das sie bereits 2013 gedreht hatte und das in den sozialen Medien wegen seiner Erzählung vom weißen Retter kritisiert wurde. Auf dem Toronto International Film Festival 2017 wurde Larsons Regiedebüt, das Komödien-Drama Unicorn Store, gezeigt, in dem sie auch die Hauptrolle spielte. Der Film wurde später von Netflix für den digitalen Vertrieb im Jahr 2019 ausgewählt. Sie spielte eine desillusionierte Kunststudentin, die von Einhörnern fasziniert ist. Larson hatte 2012 erfolglos für die Hauptrolle vorgesprochen, als Miguel Arteta als Regisseur vorgesehen war. Nachdem die Produktion ins Stocken geraten war, wurde Larson angeboten, Regie zu führen und die Hauptrolle zu übernehmen. Sie fühlte sich von der phantasievollen Geschichte angezogen und fand eine Verbindung zwischen der Reise ihrer Figur und ihrer Erfahrung als Regisseurin. David Ehrlich von IndieWire mochte den Film nicht, erkannte aber Larsons Potenzial als Filmemacherin.
Nach einer einjährigen Abwesenheit von der Leinwand spielte Larson die Rolle der Carol Danvers / Captain Marvel in dem Superheldenfilm Captain Marvel (2019) des Marvel Cinematic Universe, dem ersten Film der Marvel Studios unter weiblicher Führung. Obwohl sie anfangs skeptisch war, eine so hochkarätige Rolle zu übernehmen, stimmte sie zu, nachdem sie es als eine Plattform zur Stärkung junger Frauen sah und eine Verbindung zu den Fehlern und der Menschlichkeit des Charakters fand. Zur Vorbereitung auf die Rolle absolvierte sie neun Monate lang Judo-, Box- und Wrestlingtraining und kam mit dem Personal der Nellis Air Force Base in Kontakt. Stephanie Zacharek von Time schrieb, dass „Larson, eine einfühlsame, zurückhaltende Schauspielerin, die ganze Angelegenheit gekonnt trägt“ und bemerkte, wie sehr sie in den ruhigeren Momenten des Films hervorstach; David Sims von The Atlantic beklagte den Mangel an Tiefe in ihrer Rolle, lobte die Schauspielerin jedoch dafür, dass sie den Kampf ihrer Figur um Unabhängigkeit von autoritären Männern effektiv dargestellt hat. Larson spielte ihre Rolle erneut in Avengers: Endgame, den sie vor Captain Marvel gedreht hatte. Endgame spielte weltweit 2,79 Milliarden Dollar ein und ist damit der umsatzstärkste Film aller Zeiten, und Captain Marvel wurde der erste Superheldenfilm unter weiblicher Führung, der weltweit mehr als eine Milliarde Dollar einspielte.
Ebenfalls 2019 arbeitete Larson zum dritten Mal mit Destin Daniel Cretton in Just Mercy zusammen, der auf Bryan Stevensons Memoiren über die ungerechtfertigte Verurteilung des zum Tode verurteilten Häftlings Walter McMillian basiert und in dem Michael B. Jordan und Jamie Foxx die Hauptrollen spielen. Sie stimmte zu, die Nebenrolle der Eva Ansley, einer Anwältin der Equal Justice Initiative, zu übernehmen, um Crettons Erzählung zu unterstützen. Owen Gleiberman, der für Variety schrieb, bemerkte, wie gut sie die „kribbelige, Zigaretten rauchende Abwehrhaltung“ ihrer Figur verkörpert. Im darauffolgenden Jahr produzierte Larson eine Episode von The Messy Truth VR Experience, einer Virtual-Reality-Serie, für die sie den Primetime Emmy Award für ein herausragendes interaktives Originalprogramm gewann.
Künftige Projekte
Larson hat sich verpflichtet, ihre Rolle als Danvers in der kommenden Fortsetzung des Original-Captain-Marvel-Films wieder aufzunehmen. Außerdem hat sie drei kommende Projekte für das Streaming-Fernsehen. Sie wird als Produzentin fungieren und die Rolle der Victoria Woodhull, der ersten weiblichen Präsidentschaftskandidatin in der amerikanischen Geschichte, in einem gleichnamigen, von Amazon Studios produzierten Biopic übernehmen. Larson wird außerdem in einer Apple TV+-Dramaserie mitspielen, die auf dem Leben der CIA-Beamtin Amaryllis Fox basiert, sowie in dem Netflix-Film Lady Business, der sich mit den Herausforderungen von Unternehmerinnen befasst.