È con questa ultima formazione che il trio raggiunge la celebrità nazionale con la trasmissione televisiva della RaiNon stop diretta da Enzo Trapani, nella quale i Giancattivi si esibivano a fianco del trio napoletano de La Smorfia (ovvero Massimo Troisi, Lello Arena ed Enzo Decaro), Zuzzurro e Gaspare, I Gatti di Vicolo Miracoli (Jerry Calà, Franco Oppini, Umberto Smaila e Ninì Salerno), Carlo Verdone e di molti altri giovani comici che avrebbero calcato le scene cinematografiche, teatrali e televisive nei decenni successivi. L'esordio al cinema avvenne nel 1981 sotto la direzione di Alessandro Benvenuti in Ad ovest di Paperino, un film in cui Athina Cenci, assieme ai due compagni Benvenuti e Nuti, dava libero sfogo alla comicità surreale dei Giancattivi, intervallata a momenti di una pur blanda analisi sociale.
Anche dopo l'uscita dal gruppo di Nuti (sostituito da Daniele Trambusti) i Giancattivi continuarono ad esibirsi producendo lo spettacolo Comic box (1982) e recitando anche in teatro come attori nello spettacolo Corto Maltese (1983). Nel 1985 uscì il loro secondo film sempre diretto da Benvenuti Era una notte buia e tempestosa... che fu l'ultimo loro lavoro come gruppo. Poco dopo l'uscita del film, i Giancattivi infatti si sciolsero e la Cenci inizierà la sua carriera solista, continuando a lavorare con successo al cinema per tutti gli anni ottanta, anche se molte volte, tornerà a dividere il set con il suo ex compagno dei Giancattivi, Alessandro Benvenuti.
Degna di nota anche la sua presenza sulle scene teatrali. Un discreto successo ha ottenuto la pièce teatrale La donna gigante di Lidia Ravera. Nel 1999 è entrata a far parte del consiglio comunale di Firenze dopo le elezioni del 13 giugno, nelle file dei Democratici di Sinistra[1].
Il 13 settembre 2001 è stata colpita da un'emorragia cerebrale che l'ha privata della parola,[2] e a causa di ciò è stata costretta ad abbandonare sia l'attività artistica sia quella politica per alcuni anni.
Nella primavera del 2015, dopo 14 anni di assenza, ritorna sulle scene, partecipando dapprima al docufilmSilvio va..., diretto da Marco Grisafi e dedicato a Silvio Lorenzini, su spunto dello scrittore Giampaolo Bellucci.[3] A giugno è poi la volta del videoclipIl bacio, sempre dello stesso regista, tratto dall'ultimo album del pianista Maurizio Mastrini.[4] Il 29 agosto 2015 è tornata in teatro da protagonista, con un nuovo spettacolo liberamente tratto dal testo de La voce umana di Jean Cocteau.[5] Nel 2019 è protagonista del cortometraggio di Gianluca TestaI bambini di Scampia, tratto da una poesia di Giampaolo Bellucci.[6]