Свою первую телевизионную роль стюардессы получила в 2000 в эпизоде сериала «Беверли-Хиллз, 90210». Следующая маленькая гостевая роль в сериале «Главный госпиталь» привела её в популярный сериал «Молодые и дерзкие», где она играла роль истеричной Изабеллы Бранья Уильямс в 2001—2003. После снялась в сериале «Прочная сеть», который был возрождён Диком Вульфом.
В 2004 году начинает играть Габриэль Солис в известном телесериале «Отчаянные домохозяйки». Эта роль принесла актрисе мировую известность, и она была номинирована на «Золотой глобус» в категории Лучшая актриса комедийного или музыкального телесериала. В 2006 году Лонгория впервые сыграла главную роль в кино в детективном триллере «Охранник» с Кифером Сазерлендом и Майклом Дугласом, и в этом же году роль Сильвии в фильме «Крутые времена» с Фредди Родригезом и Кристианом Бэйлом.
Журнал «People en Español» назвал её среди Наиболее красивых людей в 2003. Также она была #1 в списке Самые горячие женщины-знаменитости по версии Maxim в 2005 и 2006, став первой женщиной, возглавившей этот список два года подряд. А в 2007 она была уже на #9 в этом списке.
В январе 2007 Ева Лонгория была выбрана рекламным лицом «Bebe Sport». Она появлялась в их кампании в сезоне весна/лето 2007. Также у неё были заключены контракты с «L'Oréal», «Hanes», «Magnum Ice-Cream», «Heineken», «London Fog». Также она участвует в кампании Microsoft под названием «I’m A PC».
В 2010 совместно с Викторией Бекхэм участвует в рекламе нового телефона LG. А весной 2010 в продажу поступил её именной аромат Eva by Eva Longoria. В октябре 2010 года Музей мадам Тюссо пополнился новой восковой фигурой — двойником Евы Лонгории. 7 ноября 2010 года Ева стала ведущей церемонии MTV EMA, которая прошла в Мадриде.
В интервью журналу Delta в марте 2011 Ева рассказала, что кулинария у неё в крови, так как она из семьи поваров, её мама и тёти этим занимаются, и она начала готовить лет с пяти. В первые выходные апреля 2011 года Лонгория представила свою первую кулинарную книгу «Кухня Евы: Готовьте с любовью семье и друзьям» (англ. Eva's Kitchen: Cooking with Love for Family and Friends).
26 марта 2011 года на 26-м международном кинофестивале в Гвадалахаре Ева Лонгория представила документальный фильм «The Harvest» в качестве исполнительного продюсера. Этим фильмом она надеется привлечь внимание общественности к давно существующей проблеме детей, которые с раннего детства, вместо того, чтобы ходить в школу, за пару долларов в день занимаются уборкой урожая на плантациях.
В 2012 году Лонгория снялась в рекламе кошачьего корма Sheba.