Selenis Leyva apareció en varias producciones Off-Broadway. En televisión tuvo el papel recurrente de la Detective Mariluz Rivera en La ley y el orden entre 2004 y 2006, y también apareció en diferentes roles en el programa y en La ley y el orden: Unidad de Victimas Especiales. Fue estrella invitada en Third Watch, The Sopranos, The Good Wife, Girls y Elementary. En 2013, Leyva comenzó a interpretar a Gloria Mendoza, la líder latina de una cárcel, en la serie de comedia y drama de Netflix, Orange Is the New Black. Su personaje fue recurrente durante las dos primeras temporadas y fue promovida a regular desde la temporada 3 hasta el final de la serie en 2019. Junto con el elenco, recibió tres premios del Screen Actors Guild Award por la actuación sobresaliente de un elenco en una serie de comedia. Selenis coprotagonizó, junto a Viola Davis y Catalina Sandino Moreno, la película dramática de 2016 Custodia, dirigida y escrita por James Lapine, e interpretó a Monica Warren en la película de superhéroes de 2017 Spider-Man: Homecoming.