Cobie, nacida en Canadá, saltó a la fama gracias al personaje de Robin Sherbatzky en la serie de la CBS 'Cómo conocí a vuestra madre', una producción que ha obtenido candidaturas al Emmy a la mejor serie de comedia, a los premios People’s Choice a la mejor comedia en televisión y a un premio Teen Choice a la mejor serie de televisión en la categoría de comedia. En la pequeña pantalla, Smulders ha protagonizado la serie dramática de ABC 'Veritas' y ha trabajado en la aclamada serie de Showtime 'The L Word'.

Participó en la superproducción 'Los vengadores' de Marvel, que recaudó más de 1.500 millones de dólares en todo el mundo, con Robert Downey Jr., Chris Hemsworth, Chris Evans, Mark Ruffalo, Jeremy Renner y Scarlett Johansson. En la película dio vida a la agente de S.H.I.E.L.D. Maria Hill, segunda autoridad de la organización, bajo las órdenes de Nick Fury (Samuel L. Jackson). En la gran pantalla también ha trabajado en 'Un lugar donde refugiarse', 'Grassroots', 'The Slammin’ Salmon' y 'El weekend' entre otras producciones.

En teatro, Cobie también ha participado en la exitosa obra de Nora Ephron y Delia Ephron para el circuito alternativo de off-Broadway titulada 'Love, Loss, and What I Wore', en el Westside Theatre. La obra, dirigida por Karen Carpenter, está basada en la novela de Ilene Beckerman en 1995 acerca de la ropa y los recuerdos que despiertan. También ha participado en producciones teatrales de 'Cantando bajo la lluvia', 'Grease' y 'Women and Wallace', entre otras.