“The Merv Griffin Show”-tól a “Laugh-In”-ig
Tomlin 1966-ban debütált a televízióban a The Garry Moore Show-ban. Szerepelt a The Merv Griffin Show-ban és rendszeres szereplője volt a Music Scene-nek. 1969-ben csatlakozott a Laugh-In szereplőgárdájához, ami a sztárságig repítette. A közönség beleszeretett az általa megformált vicces karakterekbe, köztük Edith Annbe, a csintalan 6 évesbe és a mogorva telefonközpontos Ernestine-be. Tomlin egészen a műsor 1973-as leállításáig szerepelt a műsorban.
A Laugh-In sikeres szereplése után Tomlin hat televíziós vígjátéksorozatban szerepelt, amelyeket Jane Wagnerrel közösen írt. Tomlin és Wagner 1971-ben találkoztak, amikor Tomlin egy írót keresett, aki segít neki Edith Ann karakterének kidolgozásában. Azonnali szakmai és személyes kapcsolatot éreztek, és egy párt alkottak.
“Nashville” és más nagy sikerek
Tomlin Robert Altman Nashville (1975) című filmjében debütált a filmvásznon. A gospelénekesnőként és két siket gyermek édesanyjaként nyújtott alakítása Oscar-díj-jelölést hozott neki a legjobb női mellékszereplő kategóriában.
Az ezt követő filmjei közé tartozott a The Late Show (1977) Art Carney-val; a Moment By Moment (1978) John Travoltával és Wagner írásával; a Nine to Five (1980) Dolly Partonnal és Jane Fondával; a The Incredible Shrinking Woman (1981) Charles Grodinnal és Wagner írásával; All of Me (1984) Steve Martinnal, Big Business (1988) Bette Midlerrel; Shadows and Fog Woody Allen rendezésében (1993); Short Cuts (1993) Altman rendezésében; Flirting with Disaster Ben Stillerrel (1996); Tea Mussolinivel Judi Dench és Cher részvételével, Franco Zeffirelli rendezésében (1999).
A filmvászontól való szünet után Tomlin újra felbukkant az I Heart Huckabees (2004) című filmben Dustin Hoffmannal, David O. Russell rendezésében, valamint az A Prairie Home Companion (2006) című filmben, amelyben Tomlin újra találkozott Altmannal az utolsó filmjében. Szerepelt még a Rózsaszín párduc II-ben (2009) Martinnal, a Felvételi (2013) Tina Fey-vel és Paul Rudddal és a Nagymama (2015) Paul Weitz rendezésében.
Színházi szerepek
Amíg a nagyvásznon szerepelt, Tomlin a Broadwayn debütált az Appearing Nitely (1977) című darabban, amelyet Wagner írt és rendezett. Az előadás olyan kedvenc Tomlin-szerepeket épített be, mint Ernestine és a háziasszony Judith Beasley, és olyan új karaktereket mutatott be, mint Trudy, a táskás hölgy, Rick, a szingli bárcirkáló és Sister Boogie Woman, egy 77 éves blues-revivalista.
Tomlin 1985-ben tért vissza a Broadwayre, és Tony-díjat nyert a The Search for Signs of Intelligent Life in the Universe című egyszemélyes show-ban nyújtott alakításáért, amelyet Wagner írt. A Broadway-n egy éven át tartó futás után a show az egész országot bejárta, 1991-ben filmet forgattak belőle, majd 2000-ben a Broadway-n újjáéledt.
‘And the Band Played On’ és későbbi munkái
1993-ban Tomlin folytatta a televíziós munkát, és szerepelt az HBO And the Band Played On című, az AIDS-járványról szóló különkiadásában. Számos tévésorozatban is vendégszerepelt, többek között a Frasier, az X-akták, a Gyilkosságiak: Life on the Street, Desperate Housewives, Will & Grace, NCIS és Eastbound and Down. Emellett alakította Murphy főnökét a Murphy Brownban; Bartlett elnök asszisztensét, Debbie Fiderert a The West Wingben; a matriarchát a Damagesben, amely szerepre számos korábbi jelölése és győzelme mellett egy Emmy-díjat is kapott; valamint Lisa Kudrow karakterének nárcisztikus anyját a Webterápiában.
Tomlin emellett számos projekthez készített szinkronhangot, többek között a népszerű animációs tévésorozatban, A varázsló iskolabuszban játszotta Ms. Frizzle természettudomány-tanárnőt, amiért Daytime Emmy-díjat kapott; Tammyt a The Simpsons “The Last of the Red Hat Mamas” című epizódjában; valamint Mommo karakterét a The Ant Bully című animációs játékfilmben (2006).
‘Grace és Frankie’
2015-ben Tomlin Fonda oldalán szerepelt a Grace és Frankie című sorozatban, amelyben két nőt alakítanak, akiknek az élete felborul, miután férjeik szerelembe esnek. Tomlin az alakításáért Emmy-jelölést kapott egy vígjátéksorozat kiemelkedő női főszereplője kategóriában. Két Golden Globe-jelölést is kapott – az egyiket a Grace-ben játszott szerepéért, a másikat pedig a Nagymama című mozifilmért.
Személyes élet és feleség
2013 augusztusában jelentették be, hogy Tomlin és Wagner 42 együtt töltött év után összeházasodhatnak, ez a bejelentés nem sokkal azután történt, hogy az azonos neműek házasságát támogató szövetségi ítélet alkotmányellenesnek minősítette a házasság védelméről szóló törvényt, és megsemmisítette a 8. számú javaslatot.
2014 szilveszterén a 74 éves Tomlin és a 78 éves Wagner hivatalossá tette a házasságukat, amikor a kaliforniai Los Angelesben egy zártkörű szertartás keretében összeházasodtak.
A 2019 januárjában a The Ellen DeGeneres Show-ban megjelent Tomlin elárulta, hogy 1975-ben a Time magazin címlapján kapott egy ajánlatot a “coming outra”, amit végül elutasított. “Egyszerűen úgy döntöttem, hogy nem fogom játszani a játékukat” – magyarázta Tomlin. “Azt akartam, hogy elismerjék a teljesítményemet.”