1996年，佟童与江珊合作出演了电视剧《我想有个家》，在剧中饰演张盼盼一角，并凭借这一角色获得了大众电视金鹰奖最佳女配角提名，从此成为家喻户晓的童星。此后，她转型担任NBA记者，在纽约麦迪逊广场花园进行采访工作，同时又在主演的电视剧《哎呦乖乖》中表现出色，再次获得金鹰奖最佳女主角提名。佟童自幼便开始参与影视拍摄，从早期的电影《陌生的爱》到电视剧《我想有个家》，再到后来的《少年大钦差》，累计参与的作品已有十余部之多。过去，她在拍戏之余常常游山玩水，但随着年龄增长，佟童意识到不仅要演好戏，还要兼顾学业，因此她只能在摄制组里坚持学习。在拍摄《少年大钦差》期间，她的母亲以教师身份全程陪同，剧组也特意为佟童聘请了辅导老师，让她能够一边拍戏一边读书。令人惊讶的是，在完成《少年大钦差》拍摄仅三个月后，佟童便参加了学校的期末考试，并取得了非常优异的成绩。这一结果不仅让父母感到欣慰，老师也在家长会上对佟童给予了高度赞扬。最感到开心的自然是佟童本人，因为这次拍戏起初并未得到父母的支持——当时她正读初二，家人担心功课会因此落后。最终，经过剧组人员、导演以及佟童本人的耐心沟通，在保证有老师随组辅导的条件下，父母才同意了她的拍摄计划。当被问及未来的打算时，佟童表示：“虽然对拍戏很有兴趣，但我还是想把主要精力放在学业上。我并不想成为一名专业童星。学习的过程在人一生中只有一次，而拍戏的机会未来还会有很多。”2001年，她领衔主演的电影《微笑的螃蟹》获得了中国电影金童奖优秀影片奖。2004年，她在古装剧《少年大钦差》中饰演了任性刁蛮、不知天高地厚的十公主，展现了多样的表演风格。此外，她在电视剧《我想有个家》中饰演的张盼盼，为她赢得了大众电视金鹰奖最佳女配角提名；在电视剧《真情难舍》中饰演的许多多，也助力该剧荣获上海国际电视节评委会特别奖；而在电视剧《哎呦乖乖》中饰演的水多多，则使她同时获得金鹰奖最佳女主角提名以及飞天奖优秀短片奖。2013年4月，佟童参演了由沈星浩执导的都市情感电视剧《同在屋檐下》，在剧中饰演韩佳佳一角，继续拓展着她的表演道路。
佟童出生于一个学术与革命传统交融的家庭，她的父母均在大学担任教授，而家族中的男性长辈多投身军旅——曾祖父与祖父都有从军背景，外公更是一位亲身经历过长征的老红军战士。她自幼便展现出艺术天赋，自三岁起便参与电影拍摄，在作品如《陌生的爱》和《奥菲斯小姐》中的表现，使她早早受到影视行业的广泛关注。在完成基础教育后，佟童选择赴美深造，于美国纽约大学攻读传媒学专业，并顺利获得学士学位。2001年，她主演了短片电视剧《哎哟乖乖》，在剧中饰演女主角水多多，其生动自然的演绎赢得了观众与业界的认可，并因此荣获第20届中国电视金鹰奖观众最喜爱女演员提名。同年，她还担纲主演了由天山电影制片厂出品的剧情电影《微笑的螃蟹》，该片随后入选参展第六届中国长春电影节，进一步扩大了其影响力。至2004年7月，佟童与吴孟达、谢昀杉、舒畅等演员合作，共同出演了古装喜剧《少年大钦差》，在剧中她成功塑造了性格刁蛮任性却又不失可爱的十公主形象，展现了其多样化的表演能力。
一九九六年，她曾作为中国少儿代表团的一员前往德国与法国进行访问演出。一九九八年，其事迹被收录于《中国当代儿童字典》之中，成为入典人物。二零零五年，她在上海育才中学举办的“反法西斯”主题征文活动中荣获校级一等奖。次年，经上海市相关部门推荐，她被任命为联合国抗击艾滋病青少年爱心大使；在任期间，她主持了在清华园举行的授命仪式，并积极参与了一系列公益宣传活动。同年，她以爱心大使及明星嘉宾的身份出席了MTV《超级盛典》晚会。也是在这一年，她在上海育才中学发起创立了“让爱飞扬”爱心基金（后简称“爱心基金”），通过组织电影《大山深处的保尔》的主创人员见面会等活动，成功筹集了数万元善款，用于支援甘肃贫困地区的小学建设。二零零六年，她还入选了二零一零年上海世博会人才储备工程。在随后的二零零七至二零零八年间，她获得了美国AVCS高中校长名单学术奖项，并被评选为校报最佳记者。二零零八年九月二十一日，她受邀担任哥伦比亚大学梅西恩诞辰一百周年音乐会的司仪工作。同年，她主持了美国纽约大学于纽约林肯中心玫瑰厅举办的《梦在金秋》大型中秋晚会。二零零九年，她担任总导演，策划并组织了《大纽约地区中国高校联盟冬季晚会》活动。在二零零八、二零零九及二零一零年，她连续三年因出色的学业成绩获得“院长名单”学术奖项。二零一二年，她再次担任策划并主持了美国纽约大学在纽约林肯中心玫瑰厅举行的《新梦同缘》大型晚会。同年，她作为搜狐网驻纽约特派记者，进入麦迪逊广场花园对NBA赛事进行采访，累计发表了五十余篇相关报道。此外，二零一二年她还受邀担任了上海戏剧学院表演系《格洛托夫斯基表演大师班》的翻译工作，并主持和翻译了上海莎士比亚国际戏剧节的相关论坛。回溯至二零零六年三月，电影《大山深处的保尔》于上海市育才中学进行放映时，佟童与学校的老师及同学们在一天之内便筹集了一万五千元善款，并将其捐赠给了该电影主角的原型人物张学成。值得一提的是，在美国留学期间，她曾两次登上林肯中心的舞台担任主持工作，并策划组织了面向大纽约地区的学生文化交流活动。
实验电影作为一种独特的艺术形式，其探索性与先锋性在《镜头中的水》中得到了深入的阐述。进一步而言，关于实验电影的历史脉络与美学特征，读者可以在《跳跃和消失》里找到更为系统与详尽的论述。与之相映照，纪录片领域则以其对社会现实的关注与记录而著称，这方面的核心理论与创作方法在《长城大风歌之织梦人》中有着专门的探讨。此外，源自中国传统文化的水墨剧，巧妙地将水墨画的意境与舞台表演相结合，形成了一种极具东方神韵的艺术样式，关于其发展历程与艺术特色的详细介绍，可参阅《长城大风歌之织梦人》。
佟童在美国纽约大学完成了传媒学学士学位的深造，随后返回中国，进入上海戏剧学院继续攻读博士学位，其学术研究主要聚焦于中外电影史论领域。她的博士论文《上海电影表演观念研究(1949-1966)》经过深入撰写与反复修订，最终于2024年5月顺利通过答辩，该论文的指导老师为知名学者厉震林教授。早在2019年，佟童就凭借在校期间的突出表现，荣获上海戏剧学院颁发的“奋斗者最美丽·首届最美上戏人”荣誉称号，并成为该奖项中唯一一位以在校学生身份获此殊荣的代表。在学期间，她积极主导并参与了多项文艺实践活动，例如亲自执导了党建主题宣传片《红》，同时还在学院七十周年院庆话剧《一片爱国心》中担任主演；此外，她还曾作为紫藤戏剧党课的核心主讲人，多次分享自己在戏剧创作方面的实践经验与深刻感悟。
在电视剧《少年大钦差》中，佟童所饰演的十公主虽然年纪尚轻，却将这一角色平日里养尊处优、性情刁钻古怪、行事唯我独尊且目中无人的特质演绎得淋漓尽致、入木三分。此外，由她参与编剧并执导的水墨肢体剧《长城大风歌之织梦人》成功入选了中国上海国际艺术节的扶青计划，展现了她跨界的艺术创造力。2016年，她编剧并导演的亚洲首部APP街景沉浸式戏剧《双重》更是作为扶青计划五周年的特别献礼作品隆重推出，进一步体现了她在戏剧创新领域的探索精神。凭借在热播剧《少年大钦差》中成功塑造了活泼可爱、令人印象深刻的十公主形象，佟童在广大观众中赢得了超高的人气与喜爱。身为上海戏剧学院的博士研究生，她曾荣获“最美上戏人”的称号，始终致力于创作那些“有筋骨、有思想、有温度”的文艺作品；2021年，她推出的原创话剧《盛魇》便获得了主流媒体的广泛关注与报道。在海外留学期间，佟童还曾担任联合国抗击艾滋病青少年爱心大使，并积极发起“爱心基金”项目，用以帮扶甘肃贫困地区的民众，展现出她深厚的社会责任感与人文关怀。
在演艺生涯中，其凭借在电影《微笑的螃蟹》中饰演宫小雅一角的出色表现，获得了中国电影金童奖优秀影片奖的荣誉。随后，在电视剧《我想有个家》中，她成功塑造了张盼盼这一角色，并因此荣获大众电视金鹰奖最佳女配角提名，展现了其扎实的表演功底。此外，她在电视剧《真情难舍》中饰演的许多多也给观众留下了深刻印象，该作品在上海国际电视节上赢得了评委会特别奖，进一步证明了其作品的艺术价值。而在电视剧《哎呦乖乖》中，她通过饰演水多多这一角色，再次获得业界与观众的认可，同时斩获了大众电视金鹰奖最佳女主角提名以及飞天奖优秀短片奖两项重要肯定，这些成就共同勾勒出其持续进步且备受瞩目的演艺轨迹。