Jarmila Novotná debutovala ve filmu krátce před tím, než se stala sólistkou Národního divadla v Praze. V roce 1925 získala velkou roli komtesy Jacinty v Binovcově melodramatu Vyznavači slunce. Václav Binovec se tímto snímkem vracel do českého filmu, který v průkopnické éře 1918-1923 velmi podporoval svou nebývalou aktivitou. Tyto slavné roky s produkcí 25 filmů v jeho společnosti WeTeB byly spjaty zejména s dvojicí hvězd – se Suzanne Marwille a V. Ch. Vladimírovem. Binovcův rozchod s nimi ale nebyl šťastný a proto jeho zásluhy o český film už nikdy nebyly vnímány bez určité rezervovanosti. Přítomnost osmnáctileté Jarmily Novotné lze v rámci Binovcova návratu vnímat jako hledání nové atraktivní hvězdy. Stejně tak pracoval s Růženou Hofmanovou ve svém posledním filmu 20. let, v Irčině hnízdečku (1926), ale nakonec našel svou novou hvězdu, kterou mohl uplatnit v sérii filmů, až ve Zdence Sulanové na přelomu 30. a 40. let.
Ze vzpomínek Jarmily Novotné můžeme vyčíst, že pro ni film příliš mnoho neznamenal. Neměla zvláštní důvod navazovat okamžitě na svůj debut v českém němém filmu, ale v době, když už byla angažována ve Státní opeře v Berlíně a do módy přišel zvukový film, naskytla se jí příležitost zazpívat ve scéně divadelní zkoušky v Požáru v opeře (1930), v německém filmu Carla Froelicha. V příštím roce už navázala hlavní rolí v Žebravém studentovi (1931) Victora Jansona. V roce 1932 přišla první německá filmová opera Die verkaufte Braut Maxe Ophülse s hudbou Prodané nevěsty Bedřicha Smetany. Ale celá produkce vyvolala v Československu protiněmecké nálady a film se u nás do distribuce nedostal. Posledním německým filmem Novotné se stala Noc velké lásky (1933), hudební melodrama s exotickými exteriéry a s Gustavem Fröhlichem jako jejím partnerem. Po té se naskytla ojedinělá příležitost získat Novotnou pro český zvukový film Skřivánčí píseň (1933) Svatopluka Innemanna. V německém jazykovém prostředí navázala v Rakousku nejprve ve Frasquitě (1934) Karla Lamače a později Kozákem a slavíkem (1935) Phila Jutziho. Mezi těmito filmy stihla v Paříži natočit u Leo Mittlera francouzskou a anglickou verzi filmu La dernière valse a The Last Waltz (1935), přičemž premiéry obou filmů přišly až v době, kdy se Novotná rozhodla nepokračovat ve své filmové kariéře a opakovaně odmítala nabídky z Hollywoodu.
Během 2. světové války se mnohé změnilo a Novotná se stala hvězdou Metropolitní opery v New Yorku. Svůj první hollywoodský film natočila až na základně osobní návštěty režiséra Freda Zinnemanna v Litni, který s příběhem Poznamenaných (1948) oslovil nejen ji, jejího manžela, ale také Jana Masaryka. Příběh matky hledající po válce svého syna přinesl Oscara svým scenáristům Richardovi Schweizerovi a Davidu Wechslerovi a dětského Oscara též pro představitele syna Jarmily Novotné, Ivana Jandla. Film se stal pro Jarmilu Novotnou ikonickým.
Na tento úspěch navázala už jen jednou, v 70 mm barevném životopisném filmu The Great Caruso (1951), který byl Oscarem oceněn za zvuk pro Douglase Shearera. Zároveň s prací na těchto dvou filmech tu a tam Novotná svolila k návštěvě nejrůznějších televizních talk show a pořadů Toast of the Town (1949), Four Star Revue, The Colgate Comedy Hour (oba 1951) nebo Omnibus či Studio One v roce 1953. Zvláštní kapitolu v její filmografii pak tvoří dvojice televizních filmů The Great Waltz (1955) Maxe Liebmana a Hans Brinker and the Silver Skates (1958) Sidneye Lumeta, z nichž první byl životopis Johanna Strausse mladšího a druhý pohádkou s olympijským krasobruslařem Dickem Buttonem.
Po roce 1956, kdy Jarmila Novotná ukončila svou kariéru v Metropolitní opeře v New Yorku, natočila ještě jeden televizní film a odešla na profesionální odpočinek. Po té se její jméno začíná znovu objevovat na obrazovkách až v souvislosti s dokumenty o Reinhardtovi nebo Toscaninim. V roce 1986 Novotná vystoupila jako host o přestávce představení Die Fledermaus z cyklu Live From the Metropolitan Opera. Ještě před 2. světovou válkou natočila v Československu několik krátkých šotů, včetně příspěvek do cyklu Galerie osobností a znovu se vrátila až s rokem 1989, kdy s ní Petr Ruttner natočil dvojici dokumentů Jarmila Novotná (1989) a Vox humana (1990). Naposledy za jejího života jí byl věnován medailonek v cyklu Album v roce 1991. Po smrti Jarmily Novotné si na její život postupně vzpomínali tvůrci pořadů Hledání ztraceného času (1997), Hudební toulky s Ladislavem Smoljakem (2003) nebo Domácí štěstí (2005). V roce 2002 přišel Petr Skala s novým dokumentem Nepolapitelný motýl. Dosavadní připomínky Novotné a její kariéry pak vyvrcholily v komponovaném cyklu k 100. výročí jejího narození Večer na téma… pocta Jarmile Novotné, během kterého měl premiéru zatím poslední dokument Vzpomínka na Jarmilu Novotnou (2007) J. Soukupa.