1999年3月，蔡依林被吳大衛、左克蕙夫婦發掘，簽約環球唱片。7月，推出個人第壹首單曲EP《和世界做鄰居》，並在發行兩周後銷量超過兩萬張。9月，蔡依林正式推出首張國語專輯《Jolin 1019》出道，收錄了《我知道妳很難過》、《妳是誰》等12首在內的歌曲 ；專輯發行首周銷量超過六萬張，並接連獲得亞洲唱片、玫瑰唱片等銷售榜冠軍；專輯《Jolin 1019》以40萬張的總銷量 ，榮獲第七屆新加坡金曲獎“最佳新人金獎”、第六屆ChannelV“亞洲區年度最受歡迎新人”和臺灣TVBS勁碟民選大賞“最受歡迎新人”等獎項。
2000年1月27日，蔡依林赴北京參加“全球華語榜中榜”頒獎禮，獲最受歡迎女新人獎，這是她首次在中國內地獲得該獎項，並在現場演唱歌曲《Because of You》。同年，推出第二張專輯《Don't Stop》，並且收錄了《Don‘t stop》、《嗨》等在內的10首歌曲 ；截止2000年6月，該專輯在中國臺灣售出50萬張 。
2001年6月，蔡依林為迪士尼經典動畫長片《亞特蘭提斯：失落的帝國》演唱中文版主題曲《情不自禁》 。7月9日，蔡依林發行個人第四張錄音室專輯《Lucky Number》 ，但其後卻因與經紀公司發生合約糾紛而導致專輯宣傳力度不足。8月15日，蔡依林以不滿所屬經紀公司提出“唱片每半年壹張”過於商業的要求加上長期賬目不清“為由，決定單方面終止合約；因為此事，蔡依林的演藝事業幾乎暫停。10月，蔡依林的父親揚言計劃為其簽約新唱片公司，遭到經紀公司大聲工作室以“彼此合約在法律上並沒有結束”為由幹涉。 2002年2月，蔡依林簽約唱片公司新力音樂與經紀公司天熹娛樂。8月，蔡依林出版個人寫真書《假面公主·騎士精神》並發行歌曲《騎士精神》 ，該歌曲為蔡依林首度填詞創作作品。8月，臺灣仲裁協會判定大聲音樂制作公司向蔡依林賠償壹百萬元後官司才停止 。
2003年3月7日，蔡依林推出個人第五張專輯《看我72變》 ，收錄了《布拉格廣場》、《說愛妳》等在內的11首歌曲；這張專輯帶來的不只是蔡依林形象上的改變，而且歌曲風格也呈現多樣化；憑借該專輯蔡依林在臺灣G-music風雲榜中獲得最佳女藝人獎及最佳專輯獎 。3月9日，蔡依林與羅誌祥主演的電視劇《Hi上班女郎》 在臺灣中視上檔首播，劇中飾演宜淩壹角，這是她首度擔綱主演的臺灣電視劇。8月10日，專輯《看我72變》在亞洲地區的銷量超過100萬張 。9月，與印度音樂人Rahman合作，為內地電影《天地英雄》配唱主題曲《海市蜃樓》 。11月15日，因參加“亞洲巨星反盜版演唱會”而引起索尼公司總部的註意，因而決定把蔡依林打造成旅日歌手，以推向日本演藝圈 ，但以失敗告終。
2004年2月27日，蔡依林正式發行個人第六張專輯《城堡》 ，收錄了《檸檬草的味道》、《倒帶》等在內的11首歌曲 ；該專輯於臺灣的銷量達30萬，使蔡依林二度登上臺灣年度唱片銷量女歌手冠軍 ；3月30日，蔡依林憑借專輯《看我72變》入圍第15屆臺灣金曲獎最佳流行音樂演唱專輯與最佳國語女演唱人獎 。8月7日，蔡依林開啟的“J1”世界巡回演唱會首站於上海虹口體育場舉行；9月，榮獲第11屆新加坡金曲獎最受歡迎女歌手。11月，發行混音專輯《J9 新歌+Party精選》 ，為當時即將舉辦的巡演臺北場熱身。
2005年2月4日，蔡依林作為登上當年央視春晚唯壹的臺灣歌手，獻唱了歌曲《愛情三十六計》 ；此後，該曲進入中國內地彩鈴市場，直至2007年創下340萬次的下載量。2月，蔡依林與索尼唱片的合約到期，但她在無約狀態下，仍如期配合專輯的發行及9月推出的演唱會DVD宣傳工作，為了報答當年的恩情。3月，蔡依林發行個人首本英文教學書《Jolin的24堂英文日記課》，她希望通過該書改變大眾對英文學習的枯燥印象 。4月，第七張國語專輯《J-game》發行，收錄了《天空》、《許願池的希臘少女》等在內的11首歌曲；然而作為脫離周傑倫後的首支作品，《J-game》壹開始就被外界拿有色鏡檢視，媒體普遍對“沒有周傑倫的蔡依林”持不看好態度，因此呈現兩極化的評價。5月，蔡依林成為繼鄧麗君之後，又壹位當選臺灣最佳軍中情人的歌星 。7月，蔡依林為迪士尼經典動畫長片《小美人魚》演唱中文版插曲《海洋之心》，慶祝香港迪士尼樂園開幕 。9月，蔡依林發行首張巡演實錄《J1 Live Concert》，記錄蔡依林於“J1世界巡回演唱會”臺北場的表演內容。10月，蔡依林與歌手羅誌祥合唱歌曲《真命天子》，收錄於羅誌祥的專輯《催眠Show》 。12月，蔡依林推出第二本英文教學書《Jolin的6場單字派對》，分享六種英文單字快速記憶法。同年，憑借錄影帶《海盜》入圍第四屆日本MTV錄影帶大獎“buzz ASIA最佳藝人”。 2006年1月23日，蔡依林榮獲第28屆香港十大中文金曲頒獎禮“全國最受歡迎女歌手”（銅獎），蔡依林成為首位打入該獎項前三（金、銀、銅）席位的臺灣歌手 。2月，蔡依林正式加盟EMICapitol唱片。5月6日，蔡依林出席在泰國曼谷舉行的MTV亞洲大獎（MTV Asia Award）並榮獲“國際時尚藝人”（The Style Award），成為第壹位亞洲歌手得主，並且蔡依林獻唱了融合彩帶體操的《舞娘》壹曲。5月，蔡依林推出個人第八張專輯《舞娘》，同時舊東家索尼唱片發行壹張名為《J-Top冠軍精選》的精選集與《舞娘》形成對打局面，兩張專輯在臺灣玫瑰大眾公信榜占據第壹、二位兩周時間，其中《舞娘》在40天內全亞洲銷量突破200萬張，為蔡依林帶來的不僅僅是首度登上華語年度銷售總冠軍的位置，也讓屢次與臺灣金曲獎絕緣的蔡依林在第18屆頒獎典禮上獲得了“最佳國語女歌手”以及“最受歡迎女歌手”等多項獎項。9月17日，蔡依林首支粵語單曲《假裝》發行，後收錄於專輯《唯舞獨尊 演唱會鮮聽版&混音》中。12月，蔡依林開始“唯舞獨尊世界巡回演唱會”，並在澳門、香港、吉隆坡、紐約和悉尼等多座城市舉行，累積逾50萬人觀賞 。
2007年2月17日，蔡依林再次登上央視春晚舞臺，與陶喆對唱《今天妳要嫁給我》，吸引中國大陸逾七億觀眾欣賞，也讓該曲創造720萬次的彩鈴下載量 。6月，蔡依林發行具有紀錄性的第二張巡演實錄《地才》，記錄蔡依林於“唯舞獨尊世界巡回演唱會”臺北場的部分表演內容與幕後花絮。9月21日，蔡依林推出以特務造型風為主題的專輯《特務J》，收錄了《日不落》、《冷暴力》等在內的12首歌曲 。9月5日，蔡依林推出的專輯同名音樂微電影《特務J》在臺灣西門町今日數位影城完整首播 ；但這部音樂電影並未在傳統影院公映，而是被放在專輯預售版本之壹的“影音合體華麗特定盤”中作為DVD搭配歌曲的形式在市場上發行，且因部分敏感內容遭中國大陸、新加坡認定違規，加上臺灣公司不肯妥協，最終導致此片被禁止在兩地電視臺播映。10月，蔡依林受邀參加澳洲女歌手凱莉·米洛於英國倫敦的紀錄片《璀璨光芒》首映禮，二人表示將有音樂上的合作；11月，蔡依林與凱莉·米洛合唱歌曲《In My Arms》 。
2008年，蔡依林壹整年都未發表國語專輯，僅有的英文唱片《愛的練習語》也因EMI高層人事變動而從原定3月發行推遲至10月份。4月，蔡依林參與演唱2008年夏季奧林匹克運動會倒數壹百天主題歌曲《北京歡迎妳》 。10月30日，蔡依林翻唱西洋情歌，推出首張英文專輯《愛的練習語》並同時發行英文書籍《Love Exercise 愛的練習語》，專輯收錄了《Kiss me》、《angel》等在內的10首歌曲 。同年，歌曲《Love Love Love》在中國北京奧運會賽場的播送下獲得荷蘭X-Tips單曲榜冠軍，並打破歷史指數紀錄，成為首位奪冠的亞洲歌手 ，並被法國雜誌《亞洲音樂》評選為十位亞洲最佳女歌手之壹 。 2008年12月，蔡依林在北京水立方召開記者會宣布正式簽約華納唱片。
2009年2月，蔡依林與美國薩克斯第五大道百貨公司合作成立服裝品牌Seventy Two Changes，並陸續於全球超過三十座城市上市 。3月，蔡依林推出個人第十張專輯《花蝴蝶》，收錄了《花蝴蝶》、《妥協》等在內的10首歌曲，並且她在拍攝整張專輯MV的舞蹈上首度嘗試芭蕾鞭轉與帶有強烈地板動作的街頭爵士動作 。5月1日，蔡依林赴香港屯門市廣場舉辦簽唱會， 在演唱《大丈夫》時因過度勞累導致失聲，身體狀況開始亮紅燈 。5月13日，蔡依林因練舞導致舊傷復發、大腿肌肉拉傷，故決定短暫“封舞”兩個月。9月19日，在臺灣進行公開露面後，蔡依林前往加拿大修讀法文課程，以作調整。12月20日，蔡依林回國抵達北京，出席中國移動舉辦的“咪咕頒獎典禮”，宣布正式復工。
2010年4月，蔡依林擔任上海世博會臺灣館代言人，並獻唱主題曲《臺灣心跳聲》 。8月13日，蔡依林發行個人第十壹張錄音室專輯《Myself》，收錄了《美人計》、《無言以對》等15首歌曲 ；該專輯區別以往走向，快歌在專輯整體中的比重占有八成。8月，TVBS電視臺公布“臺灣最具影響力人物與品牌”民調報告，蔡依林位列女藝人第壹名；12月24至26日，第三輪巡演MYSELF世界巡回演唱會在臺灣拉開序幕。同年，蔡依林與林誌玲入選“日本十大宅男女神” 。
2011年7月，蔡依林發行個人首本塑體瘦身書《養瘦》，首度公開個人瘦身秘招 。12月31日，參加在廣州舉行的湖南衛視跨年晚會，此為蔡依林首度在大陸跨年 。
2012年9月，蔡依林發行第12張國語專輯《MUSE》，收錄了《大藝術家》、《Dr. Jolin》等在內的11首歌曲 ，由此讓蔡依林開始受到壹些如Snoop Lion等獨立音樂者的認可，且該張專輯於2013年被臺灣中華音樂人交流協會評選為推薦唱片；蔡依林也憑借該張專輯奪得臺灣年度女歌手銷售榜冠軍。12月，蔡依林入圍德國主辦第19屆MTV歐洲音樂錄影帶“最佳亞洲藝人“等獎項。
2013年1月，蔡依林代表臺灣地區赴法國戛納MIDEM國際唱片大展進行演出。5月22日，蔡依林憑借專輯《MUSE》成功獲得第24屆臺灣金曲獎最佳國語女歌手、最佳國語專輯獎與最佳年度歌曲3項提名 。10月19日 ，蔡依林發行第三張巡演實錄《Myself世界巡回演唱會 臺北安可場》 ，記錄蔡依林於“Myself世界巡回演唱會”臺北安可場的表演內容。
2014年6月16日，蔡依林為電影《小時代3》獻唱主題曲《萬花瞳》 。11月初，公開歌曲《Play我呸》的MV。11月14日，蔡依林發行個人第13張國語專輯《呸》 ，收錄了《Play 我呸》、《第三人稱》、《電話皇後》等10首歌曲 ；該專輯跳脫壹般華語專輯框架，音樂飽滿復雜且主題包羅萬象。
2015年5月22日~5月24日，蔡依林壹連三天登上臺北小巨蛋，正式開啟“Play世界巡回演唱會” 。5月18日，蔡依林入圍第26屆臺灣金曲獎最佳國語專輯獎、最佳年度歌曲等九項獎 。6月27日晚，蔡依林以及她的制作團隊獲得第26屆臺灣金曲獎最佳演唱錄音專輯獎、最佳單曲制作人獎和最佳國語專輯獎三項獎項 。7月4日，作為“Play世界巡回演唱會”內地首站的廣州演唱會在廣州國際體育演藝中心起航 。10月6日晚，蔡依林率九人編制的Live band壓軸亮相在上海浦東世博公園舉行的“簡單生活節”演唱會 。11月10日晚，蔡依林出席湖南衛視雙十壹晚會 ，並連唱帶跳給觀眾展示三首歌曲 。12月2日，蔡依林代表中國出席韓國年度盛事Mnet亞洲音樂大獎（MAMA），演唱了歌曲《PLAY我呸》，並且登上韓國Naver熱搜榜 。
2016年2月，蔡依林為迪士尼經典動畫長片《瘋狂動物城》中文版中哈茱蒂壹角配音，為其個人首部動畫配音作品 。 多變風格