大学二年级时，她被首次担任电影指导的张艺谋选中，在影片《红高粱》中扮演女主角九儿。在海内外声誉大震。
1989年至1990年间，巩俐又主演了两部张艺谋执导的两部影片《菊豆》和《大红灯笼高高挂》，都是旧时代深受家族压抑的女性形象。
巩俐和张艺谋在合拍了不少电影后，渐渐产生了感情。但巩俐为此事征求家人意见时，却遭到了全家人的反对，家人认为张艺谋年龄太大。巩俐心灰意冷，一段感情无疾而终。
巩俐和张艺谋因《红高粱》走到一起，虽然张艺谋已有妻室，但巩俐却甘愿做第三者。对于这个带领自己走向国际的人，巩俐一直很感恩。
张艺谋女儿张末在美国求学时曾接受访问，公开指责巩俐。她指父亲得到母亲支持，才取得事业上的成功，但父亲与巩俐在一起时，年少的她不明白巩俐为何仇视她，也因为巩俐，令她的童年少了乐趣、多了沧桑。曾经在接受采访时公开指责巩俐：“我爸爸妈妈结婚时，爸爸什么都没有，因为有妈妈给他的全力支持，爸爸才取得了事业上的成功。爸爸和巩俐在一起的日子，我还小也不太懂他们的事，但也是因为巩俐，才使我的童年少了其他孩子都有的乐趣并多了些沧桑。我至今也不清楚，像巩俐这样的大明星，她和爸爸在一起的日子，为何要对我这个唯一的女儿这样仇视，为什么要扼杀我们父女接触的一切机会呢?”同时张末还写了一本书《我的父亲母亲》讲述父亲和母亲的生活，提到巩俐也是十分不快。