4岁时进入天津市小天使乐团学习电子琴,多次参加天津电视台节目录制并担任领奏;8岁进入天津摇篮少儿艺术学校合唱团学习声乐,并多次参加天津电视台的节目录制并年开始学习钢琴;12岁时经天津音乐学院考级委员会审定达到钢琴五级水平;13岁考入北京专业院校学习国际标准舞(拉丁舞、摩登舞),并在在校期间多次获奖;17岁考入中央戏剧学院表演系,并获得学年度专业优秀奖学金。
2009年,毛晓彤出演《女神捕》,饰演柳儿一角,这是毛晓彤第一部电视剧,从此开始演艺之路 。
2011年,毛晓彤参演的家庭亲情剧《傻春》在河南卫视、中央电视台等播出,毛晓彤饰演为人仗义的少年赵素不 。
2012年3月26日,由孙俪、陈建斌、蔡少芬等主演的《甄嬛传》在
2013年4月15日,由桐华创作小说《云中歌》改编的电视剧《大汉情缘之云中歌》开拍,该剧由毛晓彤、陆毅、陈晓、杨颖等主演,毛晓彤饰演皇后上官小妹一角 ;9月,于正担任编剧,陈妍希、陈晓等主演的《神雕侠侣》开拍,毛晓彤饰演郭芙一角 ;12月,由钟汉良、金起范、张檬等主演的武侠剧《天龙八部》于湖南卫视播出,毛晓彤饰演钟灵 。
2014年4月,毛晓彤客串的古装剧《宫锁连城》播出 ;同年
2015年4月,参演芒果TV自制网络剧《金牌红娘2》,同月进入《不得不爱》剧组与潘玮柏搭档扮演女二号姚瑶;8月,携手郑爽、杨洋主演电视剧《微微一笑很倾城》,在剧中饰演二喜 ;12月,在古装戏《锦绣未央》挑战反派女一号李常茹 。
2016年5月参演电视剧《美味奇缘》饰演女主角宋佳茗。
2015年9月2日,毛晓彤和陈翔同居一事被曝光后,两人在微博上公开互动,承认恋情 。毛晓彤和陈翔相识于2013年拍摄的电视剧《淑女之家》,随后渐生情愫,走到了一起。两人曾在综艺节目上公开牵手,并因《新神雕侠侣》再次合作 。
在《甄嬛传》中毛晓彤扮演的“采苹瑛”虽然到后半段才出场且戏份不多,但是她拥有着出水芙蓉般的清新美貌,又具有与世无争的独立性格,无论在果郡王府中,还是紫禁城中均是一道令人过目不忘的美丽风景线(网易娱乐评价) ;
在生活中也是才情兼备并拥有“半糖主义”健康生活态度的毛晓彤从小学习舞蹈,对《天涯明月刀》中武戏部分表演不仅毫无畏惧之感,甚至她舞刀弄枪起来领悟力极高,动作处理的游刃有余(湖南卫视评价) ;毛晓彤版的端庄秀丽,有邻家小妹范儿(网易娱乐评价) 。