W 2008 zagrała w filmach Kochanice króla, Spirit – duch miasta oraz po raz trzeci w filmie Allena, Vicky Cristina Barcelona. thumb|left|200px|Johansson (2014) W 2010, po raz pierwszy od czasów dzieciństwa, zagrała w broadwayowskiej sztuce A View from the Bridge, a za występ w spektaklu otrzymała nagrodę Tony za najlepszą drugoplanową kobiecą kreację aktorską w sztuce dramatycznej. W tym samym roku zagrała w filmie Iron Man 2 należącym do franczyzy Filmowego Uniwersum Marvela (FUM), gdzie wcieliła się po raz pierwszy w postać Natashy Romanoff / Czarnej Wdowy, szpiega i przyszłego współpracownika tytułowego bohatera. W marcu 2009 podpisała kilkufilmowy kontrakt na tę rolę z Marvel Studios. W 2012 ponownie zagrała tę postać w filmie Avengers. W tym samym roku wystąpiła ponadto w filmie Hitchcock, a rok później w sztuce Kotka na gorącym blaszanym dachu oraz w filmach Pod skórą, Don Jon i Ona, w którym użyczyła głosu postaci Samanthy. Za tę ostatnią rolę otrzymała nagrodę Saturn.