Pullman și-a făcut debutul în film în Ruthless People (1986) și a jucat în Spaceballs (1987), The Accidental Tourist și The Serpent and the Rainbow (ambele din 1988), Newsies (1992), Sleepless in Seattle (1993), Wyatt Earp (1994), While You Were Sleeping (1995), Independence Day (1996), Lost Highway (1997) și Lake Placid (1999). De asemenea, a împrumutat vocea lui Captain Joseph Korso în Titan A.E. (2000). A apărut frecvent și la televizor, de obicei în filme de televiziune. De la începutul secolului XXI, Pullman a jucat și în miniserii și serii regulate, cum ar fi Torchwood (2011), având roluri principale în 1600 Penn (2012–13) și The Sinner (2017–2021). În 2021, a avut un rol recurent în miniseria Halston.
Pullman are, de asemenea, o lungă carieră în teatru. A apărut de mai multe ori pe Broadway, inclusiv în piesa The Goat sau Who Is Sylvia? de Edward Albee (2002).