फिल्म निर्देशक संजय लीला भंसाली का ध्यान अपनी ओर तब खींचा जब उन्होंने "सा रे गा मा पा" में दूसरी बार भाग लिया, इस समय वे व्यस्कों के साथ प्रतिस्पर्धा में भाग ले रही थीं। साल 2000 में, उन्होंने अपनी फिल्म देवदास में मुख्य महिला किरदार "पारो", जिस किरदार को ऐश्वर्या राय को निभाना था, की आवाज के लिए मौका देने का प्रस्ताव रखा। फिल्म में श्रेया ने इस्माइल दरबार के संगीत निर्देशन में पांच गाने गाए. 
दुनिया भर के फिल्मी दर्शकों ने एश्वर्या राय पर फिल्माया गया, घोषाल का गाना सुना और बहुत ही जल्द वे बॉलीवुड में अलका याज्ञिक, सुनिधि चौहान, साधना सरगम और कविता कृष्णमूर्ति के साथ चोटी की पार्श्व गायिक बन गयीं। इस गीत ने उन्हें उस साल का सर्वश्रेष्ठ गायिका का फ़िल्मफ़ेयर पुरस्कार दिलाया। साथ ही उभरती प्रतिभाओं के लिए दिया जानेवाला आर॰ डी॰ बर्मन पुरस्कार भी उन्हें उसी पुरस्कार समारोह में दिया गया।

देवदास के बाद, ए. आर. रहमान, अनु मलिक, हिमेश रेशमिया, मणि शर्मा, एम. एम. किरावनी, नदीम-श्रवण, शंकर-एहसान-लॉयल, प्रीतम, विशाल-शेखर, हंसलेखा, मनो मूर्ति, गुरुकिरण, इल्लया राजा, युवन शंकर राजा और हैरीज जयराज समेत बहुत सारे संगीत निर्देशकों के निर्देशन में बहुत सारी अभिनेत्रियों के लिए गाती रही हैं। उन्होंने उत्तर और दक्षिण फिल्म उद्योगों के लिए बहुत सारे पुरस्कार जीते हैं। भूल-भुलैया के ‘मेरे ढोलना’ गीत के लिए भी उन्हें बहुत वाहवाही मिली।

आज घोषाल उद्योग की एक प्रतिष्ठित गायिका हैं और उन्होंने हिंदी, तमिल, तेलुगु, मलयालम, बंगाली, कन्नड, गुजराती, मेइती, मराठी और भोजपुरी समेत विभिन्न क्षेत्रीय भाषाओं में गाने रिकॉर्ड किए हैं। अमूल स्टार वॉयज ऑफ इंडिया छोटे उस्ताद संगीत कार्यक्रम में भी वे निर्णायक के रूप में आयीं। उन्होंने बहुत सारे भारतीय टीवी धारावाहिकों के लिए शीर्षक गीत भी गाया.

घोषाल ने अपने कॉलेज की पढ़ाई पूरी कर ली है और वे साहित्य में एम. ए. करने की तैयारी कर रही हैं। वे पश्चिमी संगीत में सिंफॉनी और इंस्ट्रूलमेंटल का आनंद लेती हैं और उनका पसंदीदा ग्रुप ABBA है। लेकिन भारतीय संगीत निश्चित रूप से उनकी आत्मा है। उनकी आवाज का गठन इस तरह का है कि रूमानी गीत उस पर फबता है और आवाज को वे बखूबी पेश कर सकती हैं (इसकी बहुत ही उम्दा मिसाल जिस्म का "जादू है नशा है" है). देवदास के अलावा, जिस्म, साया, इंतेहां, आउट ऑफ कंट्रोल, खाकी, मुन्नाभाई MBBS, धूम, कुछ कहा आपने, अरमान, देश देवी, मुझे मेरी कमस, LOC कारगिल, एतबार, क्रिश, पुलिस फोर्स, लगे रहो मुन्नाभाई, गुरु, बिग B, सागर एलियाज जैकी रिलोडेड से लेकर हाल की ब्लू, कुर्बान, गजनी, रब ने बना दी जोड़ी, 3 इडियट्स,P.K वगैरह के लिए उन्होंने गाने गाए. 2007 में उनके गाए गीतों के लिए सर्वश्रेष्ठ पार्श्व गायिका का आइफा (IIFA) 2008 में उनका नाम पांच में से चार नामांकनों में आया। सर्वश्रेष्ठ गायिका का फ़िल्मफ़ेयर पुरस्कार 2009 जीता और सिंह इज किंग में प्रीतम का गाना ‘तेरी ओर’ के लिए उन्होंने आइफा (IIFA) 2009 जीता। वे हिंदी फिल्म उद्योगों की अकेली ऐसी गायिका हैं, जिन्हें 25 वर्ष की उम्र में ही तीन राष्ट्रीय पुरस्कार मिले। मलयालम में फिल्म "नीलातमारा" का उनका गाया ताजा गाना अनुरागा विलोचन्नई सुपर हिट है। 

"म्युजिक का महामुकाबला" कार्यक्रम में श्रेया’ज सुपरस्टार टीम के लिए श्रेया घोषाल टीम कप्तान, निर्णायक और परामर्शदाता हैं।

कैरियर
प्रारंभिक वर्ष
जीवन-वृत्तांत
पुरस्कार व मान्यताएं