Его карьера стартовала с таких сериалов, как «Закон и порядок: Специальный корпус», «Секс в большом городе», «Одним глазком». Позже Купер занял пост ведущего научной телепрограммы Globe Trekker.
Наибольшую известность ему принёс сериал «Шпионка». Затем он снимался в малобюджетных фильмах и различных сериалах. Ему предлагали небольшие роли в таких известных фильмах, как «Всегда говори «Да»», «Голый барабанщик», «Любовь и прочие неприятности». Тем не менее, сам Купер считает своей первой значительной ролью роль жениха героини Рэйчел Макадамс в комедии «Незваные гости».
Большую популярность он получил только в 2009 году, снявшись в фильмах «Обещать — не значит жениться», «Всё о Стиве», «Мальчишник в Вегасе», «Дело № 39», «Нью-Йорк, я люблю тебя», «Команда-А».
В 2012 году состоялась премьера трагикомедии Дэвида О. Расселла «Мой парень — псих», в которой Купер исполнил главную роль бывшего учителя Пэта Солитано, страдающего биполярным аффективным расстройством. Это перевоплощение было отмечено первыми для актёра номинациями на премии «Оскар», «Золотой глобус» и BAFTA.
Спустя год вновь поработал с режиссёром Расселлом на съёмочной площадке криминальной трагикомедии «Афера по-американски», в которой исполнил роль агента ФБР Ричи Димазо. За эту актёрскую работу был вновь выдвинут на премии «Оскар», «Золотой глобус» и BAFTA.
В 2014 году получил главную роль в исторической драме Клинта Иствуда «Снайпер», где актёр сыграл реальную личность — снайпера Криса Кайла, убившего за время службы в Ираке 255 человек. Эта роль принесла Куперу третью подряд номинацию на «Оскар», причём Купер вытеснил из шорт-листа другого претендента Джейка Джилленхола.