Nel 2004 ha recitato nel film The Aviator di Martin Scorsese (in cui interpreta l'attrice Jean Harlow), sempre nel 2004, ha pubblicato il suo primo disco da solista prodotto da The Neptunes, Nellee Hooper e molti altri, intitolato Love. Angel. Music. Baby. che si è piazzato nei primi posti delle classifiche in molti paesi. In Italia, i sei singoli estratti dall'album What you waiting for?, Rich girl, Hollaback girl , Cool , Luxurious le hanno dato notorietà presso il grande pubblico.
Successivamente alla riedizione del suo album, pubblica il singolo Luxurious" che vede la partecipazione del rapper Slim Thug. Nel 2006 partecipa al brano Can I have it like that di Pharrell Williams. Intanto anche il suo primo "Solo tour" "'Harajuku Lovers Tour" fa molto successo. Sophie Muller ne registerà una tappa (Anhaneim) e la proporrà in DVD. Il 5 dicembre 2006 è stato pubblicato il suo secondo album solista dal titolo "The sweet escape", anticipato dal singolo Wind it up che ha raggiunto posizioni nelle vette delle classifiche internazionali. Questo lavoro vede la collaborazione con Pharrell Williams, Linda Perry e Martin Gore dei Depeche Mode che suona la chitarra nel brano Wonderful life (for him) e anche T.Rice-Oxley, il chitarrista del gruppo britannico The Keane, con il quale lavora alla canzone Early Winter. Come secondo sucesso solista Gwen ha scelto "The Sweet Escape" con la partecipazione di Akon.
