Po účinkování v několika divadelních hrách se Tierney v roce 1987 přestěhovala do Los Angeles v Kalifornii, kde se jí podařilo prorazit rolí v Disneyho filmu Studentská výměna. První hlavní filmová role Tierneyové byla v nízkorozpočtovém nezávislém filmu Mrtvé ženy ve spodním prádle, který byl natočen za 24 dní. Přestože film vyšel v roce 2005 na DVD, dosud se nedočkal ani uvedení v kinech.
Tierneyová měla řadu malých rolí ve filmu a televizi a jednu z hlavních rolí ve filmu 704 Hauser, krátkodobém spin-offu seriálu All in the Family z roku 1994, ale poprvé získala pravidelnou celostátní publicitu hlavní rolí v sitcomu NewsRadio v letech 1995-1999. V době, kdy byla součástí obsazení NewsRadia, hrála také v několika úspěšných filmech z konce devadesátých let a začátku roku 2000, jako jsou Primal Fear, Liar Liar, Primary Colors, Forces of Nature a Welcome to Mooseport.
Po zrušení NewsRadia se Tierneyová rozhodla, že nebude hrát v dalším sitcomu:
když bylo NewsRadio zrušeno, … Říkala jsem si, že něco takového už pro mě asi nebude, … Takže když pak zavolali z ER … byl to způsob, jak zůstat u toho, co by pro mě zůstalo zajímavé.
Od roku 1999 do roku 2008 hrála Tierneyová v seriálu ER sestru Abigail „Abby“ Lockhartovou, postavu, která začala jako host v listopadu 1999 a v únoru 2000 se rozšířila na stálou roli sestry na pohotovosti a později, po dokončení lékařské fakulty, lékařky. Znovu se setkala se svou kolegyní ze seriálu NewsRadio Khandi Alexanderovou, která v té době měla také stálou roli v seriálu Pohotovost. Během jednoho roku si Tierneyová za svou práci v Pohotovosti vysloužila nominaci na cenu Emmy, za což vděčí „šťavnatému“ příběhovému oblouku se Sally Fieldovou v roli Lockhartovy matky Maggie Wyczenskiové, která trpí bipolární poruchou.
Tierneyová v dubnu 2008 potvrdila, že z Pohotovosti odejde krátce po začátku patnácté série seriálu. V říjnu 2008 se po téměř deseti sezónách v seriálu naposledy pravidelně objevila. Později v roce 2009 se ke konci poslední sezóny vrátila, aby se objevila ještě v jedné epizodě.
Nejvýraznějším filmem Tierney v době, kdy byla součástí hereckého obsazení ER, byl film Insomnie z roku 2002, který režíroval Christopher Nolan. V témže roce si také zahrála ve filmu Scotland, Pa. kde ztvárnila postavu podobnou Lady Macbeth, kterou speciálně pro ni napsal Billy Morrissette, její tehdejší manžel. Za svůj výkon byla kritiky chválena. Spolupracovala také se scénáristou NewsRadia Joem Fureym na speciálním featurettu „Working with Joe Furey“ pro Fureyho film Láska a podpora.
V roce 2004 Tierneyová vyhrála turnaj druhé série Bravo’s Celebrity Poker Showdown proti Lauren Grahamové, která měla hostující roli ve čtvrté sérii NewsRadia. Na divadelní prkna se Tierney vrátila v květnu 2006, kdy se objevila po boku Erica McCormacka v off-broadwayské premiéře hry Some Girl(s). V roce 2008 se objevila také ve filmech Semi-Pro, Baby Mama, The Go-Getter a Finding Amanda. Tierney si také zahrála roli Laurel v off-broadwayské hře Three Changes s Dylanem McDermottem od 16. září do 4. října 2008.
Tierney se vrátila do televize, kde v letech 2009 a 2011 hrála stálou postavu Kelly McPhee v seriálu stanice FX Rescue Me během jeho poslední sezóny. V roce 2010 nahradila Joely Richardson v hlavní ženské roli seriálu televize ABC The Whole Truth poté, co Richardson odešla, aby se mohla více věnovat rodině. Role Tierneyové v tomto seriálu, právnickém dramatu produkovaném Jerrym Bruckheimerem, znamenala její návrat do televize po zotavení z operace prsu a léčby rakoviny. ABC zrušila The Whole Truth po čtyřech epizodách kvůli nízké sledovanosti.
V roce 2010 se Tierney stala členkou newyorské experimentální divadelní společnosti The Wooster Group. V roce 2010 hrála spolu s Frances McDormandovou v repríze hry North Atlantic v režii Elizabeth LeCompteové, kterou uvedla The Wooster Group. V letech 2016-2019 hrála feministku Germaine Greereovou ve hře The Town Hall Affair, rovněž v režii LeCompteové. Nápad na tuto hru, která rekonstruuje bouřlivou debatu o osvobození žen, kterou v roce 1971 uspořádal Norman Mailer s významnými feministkami, vymyslela sama Tierneyová.
V únoru 2011 Tierneyová debutovala v Gate Theatre v dublinské premiéře hry Yasminy Rezy God of Carnage (překlad Christopher Hampton) po boku Ardala O’Hanlona. V roce 2011 se Tierney objevila také v jedné epizodě seriálu Kancl (S8E9: Paní Californiaová) jako manželka Roberta California.
V září 2012 začala Tierney hrát stálou roli v právnickém seriálu CBS Dobrá manželka, kde ztvárnila Maddie Haywardovou. V roce 2013 se Tierney připojila k obsazení seriálu The Affair stanice Showtime, kde hrála Helen Sollowayovou, za kterou v roce 2016 získala Zlatý glóbus.
V roce 2018 si Tierney zahrála společně se Stevem Carellem a Timothée Chalametem v temném rodinném dramatu Beautiful Boy, natočeném podle stejnojmenných pamětí Davida Sheffa. V roce 2019 se Tierneyová objevila ve filmu The Report v roli „intenzivní, cílevědomé a poněkud pomstychtivé protiteroristické expertky, která je odhodlaná postavit se za každý program, který slibuje získání informací, jež zabrání dalšímu útoku.“.
V roce 2019 Tierneyová ztvárnila hlavní roli Elizabeth v premiéře hry Jen Silvermanové Čarodějnice na západním pobřeží v divadle Geffen Playhouse v režii Marti Lyonsové.
V březnu 2020 se Tierneyová připojila k hereckému obsazení seriálu American Rust stanice Showtime.
V říjnu 2020 se Tierneyová připojila k hereckému obsazení seriálu Your Honor stanice Showtime.
V říjnu 2020 se Tierneyová připojila k hereckému obsazení televizní stanice Showtime.