2002 yılında Çağan Irmak’ın yönetmenliğini yaptığı ve Özcan Deniz’le birlikte başrolde yer aldığı Asmalı Konak dizisinde “Bahar Karadağ” rolüyle geniş kitleler tarafından tanındı. 2002 yılında “Mumya Firarda” adlı komedi filminde rol alarak beyaz perdeye de adım atan Nurgül Yeşilçay, 2003 yılında Asmalı Konak dizisinin devam filmi olan Asmalı Konak-Hayat’ta Özcan Deniz’le birlikte yine başrolde yer aldı.
2004 yılında Hande Ataizi ile Melekler Adası dizisinde rol alan Yeşilçay, yine aynı yıl Anlat İstanbul filminde “Saliha” karakterini canlandırdı. 2005-2006 sezonunda atv’de yayımlanan Belalı Baldız dizisinde Berna Laçin ve Kenan Işık’la başrolü paylaştı. 2006 da Cem Özer’le “Sen Olmasaydın” adlı tiyatro oyununda rol aldı.
2007’de Ezo Gelin dizisinde “Ezo Gelin”i canlandırdı. Aynı yıl Mısır’da düzenlenen 31. Uluslararası Kahire Film Festivali’nin ana jürisinde yer aldı. 2010’da “Aşk ve Ceza”, 2012’de “Sultan” adlı dizilerde 2013’de ise “Aşk Kırmızı” filminde rol aldı. Yine 2013 yılında “Bebek İşi” ve 2014’de “Cinayet” dizilerinde rol alan Nurgül Yeşilçay, 2014’ün beğenilen dizilerinden Paramparça’da, Gülseren rolüne hayat verdi.
Bu diziden başrolde birlikte yer aldığı Erkan Petekkaya ile yaşadığı sorunlar nedeniyle ayrılan Nurgül Yeşilçay, 2016 yılında “Muhteşem Yüzyıl Kösem” dizisinde “Kösem Sultan” rolü ile ekranlara geri döndü. Ünlü oyuncu son olarak Show TV'de final yapan Gülperi dizisinde rol almıştı.
