2000年，与张艺谋合作拍摄北京申奥宣传片《新北京、新奥运》，这是赵小丁首次与张艺谋合作   。2001年，担任武侠电影《英雄》的摄影师   。2002年，担任都市爱情电影《开往春天的地铁》的摄影   。

2004年，担任张艺谋执导武侠电影《十面埋伏》的摄影师，凭借该片提名第77届奥斯卡金像奖最佳摄影   ，并获得第39届美国国家影评人协会奖最佳摄影、英国电影学院奖最佳摄影   ，以及金卫星奖最佳摄影   。

2005年2月，赵小丁在日本为张艺谋执导的剧情电影《千里走单骑》掌镜   ；10月，为故宫博物院建院80周年而拍摄的纪录片《故宫》在中央电视台一套黄金时间播出   。

2007年，凭借古装剧情电影《满城尽带黄金甲》提名第26届香港电影金像奖最佳摄影   。2008年，担任抗战电影《黄石的孩子》的摄影指导。

2008年，赵小丁与程小东、奚仲文合组联手打造爱情喜剧电影《大灌篮》，赵小丁为电影调配活泼鲜明的色彩   ；3月，担任罗杰·斯波蒂斯伍德执导的抗战电影《黄石的孩子》，由于剧情原因，赵小丁的摄影需要在平衡真实和朴素的需求   ；7月，赵小丁受武隆县委、县政府的邀请，将以电影的手法拍摄《武隆旅游形象宣传片》   。

2009年，担任袁和平指导古装武侠电影《苏乞儿》的摄影指导   。

2010年，担任李蔚然执导的喜剧《决战刹马镇》的摄影指导   ；同年，拍摄上海申办世界博览会的宣传片，以及上海世博会志愿者主题曲《世界》MV   。2012年，赵小丁指导拍摄影视作品《梦幻诛仙2》   。

2015年，赵小丁与安东尼·拉默里纳拉联合执导玄幻爱情电影《三生三世十里桃花》电影版   。

2016年，担任原创明星冰上“全景式真实秀” 《跨界冰雪王》的摄影师   。

2017年6月，在美国电影艺术与科学学院宣布的2017年奥斯卡成员名单中，赵小丁入选摄影部门   。