2009年2月，蔡依林與美國薩克斯第五大道百貨公司合作成立服裝品牌Seventy Two Changes，並陸續於全球超過三十座城市上市。
2009年3月，蔡依林推出個人第十張專輯《花蝴蝶》，收錄了《花蝴蝶》、《妥協》等在內的10首歌曲，並且她在拍攝整張專輯MV的舞蹈上首度嘗試芭蕾鞭轉與帶有強烈地板動作的街頭爵士動作。
2010年4月，蔡依林擔任上海世博會臺灣館代言人，並獻唱主題曲《臺灣心跳聲》。
2010年8月13日，蔡依林發行個人第十一張錄音室專輯《Myself》，收錄了《美人計》、《無言以對》等15首歌曲]；該專輯區別以往走向，快歌在專輯整體中的比重佔有八成。
2010年8月，TVBS電視臺公布「臺灣最具影響力人物與品牌」民調報告，蔡依林位列女藝人第一名。
2010年12月24至26日，第三輪巡演MYSELF世界巡迴演唱會在臺灣拉開序幕。
2010年同年，蔡依林與林志玲入選「日本十大宅男女神」。
2011年7月，蔡依林發行個人首本塑體瘦身書《養瘦》，首度公開個人瘦身秘招。
2011年12月31日，參加在廣州舉行的湖南衛視跨年晚會，此為蔡依林首度在大陸跨年。
2012年9月，蔡依林發行第12張國語專輯《MUSE》，收錄了《大藝術家》、《Dr. Jolin》等在內的11首歌曲，由此讓蔡依林開始受到一些如Snoop Lion等獨立音樂者的認可，且該張專輯於2013年被臺灣中華音樂人交流協會評選為推薦唱片；蔡依林也憑藉該張專輯奪得臺灣年度女歌手銷售榜冠軍。
2012年12月，蔡依林入圍德國主辦第19屆MTV歐洲音樂錄影帶「最佳亞洲藝人「等獎項。
2013年1月，蔡依林代表臺灣地區赴法國坎城MIDEM國際唱片大展進行演出。
2013年5月22日，蔡依林憑藉專輯《MUSE》成功獲得第24屆臺灣金曲獎最佳國語女歌手、最佳國語專輯獎與最佳年度歌曲3項提名。
2013年10月19日，蔡依林發行第三張巡演實錄《Myself世界巡迴演唱會 臺北安可場》，記錄蔡依林於「Myself世界巡迴演唱會」臺北安可場的表演內容。
2014年6月16日，蔡依林為電影《小時代3》獻唱主題曲《萬花瞳》。
2014年11月初，公開歌曲《Play我呸》的MV。
2014年11月14日，蔡依林發行個人第13張國語專輯《呸》，收錄了《Play 我呸》、《第三人稱》、《電話皇后》等10首歌曲；該專輯跳脫一般華語專輯框架，音樂飽滿複雜且主題包羅萬象。
2015年5月22日~5月24日，蔡依林一連三天登上臺北小巨蛋，正式開啟「Play世界巡迴演唱會」。
2015年5月18日，蔡依林入圍第26屆臺灣金曲獎最佳國語專輯獎、最佳年度歌曲等九項獎。
2015年6月27日晚，蔡依林以及她的製作團隊獲得第26屆臺灣金曲獎最佳演唱錄音專輯獎、最佳單曲製作人獎和最佳國語專輯獎三項獎項。
2015年7月4日，作為「Play世界巡迴演唱會」內地首站的廣州演唱會在廣州國際體育演藝中心起航。
2015年10月6日晚，蔡依林率九人編制的Live band壓軸亮相在上海浦東世博公園舉行的「簡單生活節」演唱會。
2015年11月10日晚，蔡依林出席湖南衛視雙十一晚會，並連唱帶跳給觀眾展示三首歌曲。
2015年12月2日，蔡依林代表中國出席韓國年度盛事Mnet亞洲音樂大獎（MAMA），演唱了歌曲《PLAY我呸》，並且登上韓國Naver熱搜榜。
2016年2月，蔡依林為迪士尼經典動畫長片《瘋狂動物城》中文版中哈茱蒂一角配音，為其個人首部動畫配音作品。