1982 spelade hon Ingrid Rothwell i en slags kärleksfull, en väl mottagen Granada TV-anpassning av Stan Barstows tre Vic Brown romaner. Whalley agerade i filmen No Surrender (Dumbarton Films with Film Four) manus av Alan Bleasdale, släppt 1985, men filmen lyckades inte.Whalley kom till framträdande på brittisk tv som Emma Craven i Troy Kennedy Martin ’ S Edge of Darkness (1985), sedan som Sjuksköterska Mills i den Dennis Potter-skriven serie The Singing Detective (1986)—båda för BBC Television. 1987 spelade hon Jackie i tv-filmen Will You Love Me Tomorrow; hon spelade också en roll i den goda Fadern (1985), en annan kanal 4-stödd film.Whalley träffade den amerikanska skådespelaren Val Kilmer 1987 när han filmade fantasyäventyret Willow. Efter deras bröllop 1988 flyttade hon till Los Angeles och började använda ’Joanne Whalley-Kilmer’ som sitt professionella SAG-AFTRA-namn. Hon fortsatte att filma, göra fler filmer i Hollywood än i Storbritannien. 1989 spelade Whalley-Kilmer rollen som Christine Keeler i skandal tillsammans med stjärnorna John Hurt och Sir Ian McKellen. 1991 spelade hon i mystery noir Shattered.1994 var hon huvudskådespelerska i Trial By Jury, med bland annat Armand Assante och William Hurt. Även 1994 blev hon den andra skådespelerskan som spelade Gone with The Wind-hjältinnan Scarlett O ’ Hara när hon dök upp i en tv-anpassning av uppföljaren, Scarlett. Hon spelade senare i 1997-filmen Mannen som visste för lite.
Efter hennes skilsmässa från Kilmer 1996, av personliga och professionella skäl, ändrade hon sitt efternamn tillbaka till Whalley. Whalley spelade titelkaraktären i tv-filmen från 2000 Jackie Bouvier Kennedy Onassis. Senare samarbetade hon med pop-punkbandet Blink-182 och läste ett brev i början av låten ”Stockholm Syndrome”. 2005 uppträdde hon som drottning Mary I i The Virgin Queen, en BBC-serie om Drottning Elizabeth I som också spelade Anne-Marie Duff och Tara FitzGerald. Samma år filmade hon spelade som också spelade sin ex-make Val Kilmer. Men de två delade inte några scener tillsammans. 2006 uppträdde hon i Life Line, ett tvådelat drama på BBC1, med huvudrollen motsatt Ray Stevenson.
i februari 2008 uppträdde hon på scenen i Billy Roche ’ s Poor Beast in the Rain presenterad av Salem K. Theatre Company på Matrix Theatre, Los Angeles, Kalifornien. Samma år var Whalley också en vanlig i ITV mini-serien översvämning med Robert Carlyle bland andra.under 2011 spelade Whalley en av de kvinnliga ledarna, Vannozza dei Cattanei, älskarinna till kardinal Rodrigo Borgia, framtida påven Alexander VI, i Showtime historiska drama Borgias. Hon gästade som prinsessan Sophie i säsong 4 av Gossip Girl. Med casten av 44 Inch Chest delade hon priset för bästa Ensemble vid San Diego Film Critics Society Awards 2010. Filmen återförenade henne med John Hurt, med vilken hon hade gjort två tidigare filmer. 2014 spelade hon Moster tålamod i Jamaica Inn för BBC One. År 2015 spelade hon Claudia, fru till Pontius Pilatus, i A. D. Bibeln fortsätter, och drottning Catherine of Aragon i BBC miniserie Wolf Hall.
år 2018 uppträdde hon i den tredje säsongen av Daredevil som syster Maggie.
år 2020 spelade Whalley i Eleanor Coppola film Kärlek är kärlek är kärlek. Det var planerat att ha sin världspremiär på Tribeca Film Festival i April 2020, men festivalen skjöts upp på grund av COVID-19 pandemi. Filmen omplaneras för sin världspremiär på Deauville American Film Festival i September.