В 1998 году Одри победила в конкурсе юных дарований, благодаря чему получила первую заметную роль в кино — в фильме «Салон красоты „Венера“» (1999) Тони Маршалла. После выхода фильма актрису заметили критики, и её карьера стала стремительно развиваться.
Зрителям во всем мире Тоту известна как главная героиня фильма «Амели» (2001) режиссера Жана-Пьера Жене. Главная героиня картины Амели Пулен и все, что с ней связано, стала объектом поклонения во многих странах. Родители стали называть именем Амели своих новорожденных девочек. Кафе «Две мельницы», действительно существующее на Монмартре, стало после выхода фильма пользоваться огромной популярностью.
Даже лента «Взмах крыльев мотылька» (2000), где Тоту снялась за год до «Амели», была воспринята публикой и рекламировалась прокатчиками как «Амели-2».
В 2002 году в прокат выходит фильм Летиции Коломбани «Любит — не любит», где актриса играет официантку, влюбленную в своего женатого соседа.
В 2004 году Тоту снялась в главной роли еще в одном фильме Жене — «Долгая помолвка», рассказывающем историю девушки, ищущей своего исчезнувшего жениха в годы Первой мировой.
Следующим успехом стала главная роль в фильме «Код да Винчи» (2006), в котором Тоту снялась вместе с Томом Хэнксом.
В 2007-м в прокат вышел фильм «Просто вместе», где трое главных героев, которым не слишком повезло ни с семьей, ни с характером, неожиданно обретают гармонию и вкус к жизни.
В 2009 году Тоту сыграла легендарную Коко Шанель в полнометражном фильме-биографии «Коко до Шанель» о времени, когда она еще не была знаменитой законодательницей мод.
Экранизация романа Бориса Виана «Пена дней» (2013) повествует о трагической истории любви Колена (Ромен Дюрис) и Хлои (Одри Тоту).
В этом же году на экраны выходит фильм «Китайская головоломка» (2013), где актеры вновь сыграли вместе.