बेलुची का फ़िल्मी कॅरियर 1990 के दशक की शुरूआत में आरंभ हुआ। 1992 में, ब्रैम स्टोकर्स ड्रेकुला में, ड्रेकुला की एक दुल्हन के रूप में वे अंग्रेज़ी भाषा की एक प्रमुख फिल्म में पहली बार परदे पर नज़र आईं. "मलेना" (2000), "ब्रदरहुड ऑफ़ द वुल्फ़" (2001) और "इर्रिवर्सिबल" (2002) में अपनी भूमिकाओं के बाद वे दुनिया भर के दर्शकों के बीच लोकप्रिय और चर्चित हो गईं, हालांकि वह "द मैट्रिक्स रीलोडेड" (2003) और "द मैट्रिक्स रेवोल्यूशन" (2003) में पारसीफ़ोन के रूप में अपनी भूमिका के लिए शायद ज़्यादा जानी जाती हैं, जिसके बाद उसने द पैशन ऑफ़ द क्राइस्ट (2004) में मेरी मैगडेलेन की भूमिका निभाई.

फिल्म के बारे में एक वृत्तचित्र, "द बिग क्वेस्चन" में उन्होंने कहा: "मैं एक अज्ञेयवादी हूं, तथापि मैं सभी धर्मों का सम्मान करती हूं और सबमें दिलचस्पी रखती हूं. अगर ऐसा कुछ है जिस पर मैं विश्वास करती हूं, तो वह एक रहस्यमय शक्ति है; एक ऐसी शक्ति, जो ज्वार के दौरान सागर को भर देती है, जो प्रकृति और प्राणियों को एकजुट करती है।"

2003 में, बेलुची ने "टिअर्स ऑफ़ द सन" में नाइजीरिया में U.S. द्वारा बचाई गई एक डॉक्टर की भूमिका निभाई और 2005 में फंतासी फ़िल्म "द ब्रदर्स ग्रिम" में एक खूबसूरत दुष्ट रानी बन कर नज़र आईं. उनकी हाल की फ़िल्में रहीं, गीयोम निक्लाऊ की "द स्टोन काउंसिल" (2006) और "मैनुअल डि'ऐमर 2" (2007), जिसमें उन्होंने एक फिज़ियोथेरेपिस्ट की भूमिका निभाई, जो अपने मरीज की कामना का केंद्र है। बायोपिक "सोनिया" में उनके द्वारा भारतीय राजनीतिज्ञ सोनिया गांधी का किरदार निभाने की बात चली थी, जिसे मूल रूप से 2007 में प्रदर्शित करने की योजना थी, लेकिन अब काम रुक गया है। सितंबर 2007 में "शूट देम अप" प्रदर्शित हुई, जिसमें उन्होंने क्लाइव ओवेन के साथ काम करते हुए, एक वेश्या का किरदार निभाया। इस फ़िल्म के फ्रेंच और इतालवी प्रदर्शन के लिए, उन्होंने अपनी आवाज़ में डबिंग की। 

उन्होंने डैनियल औटील, मिशेल ब्लांक और एरिक कैन्तोना के साथ "Le deuxième souffle" (2006) फ़िल्माया.

बेलुची ने वीडियो गेम"" में कैलीना के लिए पार्श्व स्वर भी दिया और 2005 की एनिमेटेड फ़िल्म रोबोट के फ्रेंच संस्करण के लिए कैपी की फ्रांसीसी आवाज़ दी।

2007 में, वे जोस फ़िडाल्गो के साथ, इंटीमिसिमी के लिए एक फ़िल्म, "हरटेंगो" (2007) में दिखाई दीं, जो गैब्रिएल मुसिनो द्वारा निर्देशित थी।

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