Na arenie międzynarodowej zadebiutowała 14 lutego 2004 roku w norweskiej miejscowości Hommelvik w biegu na 5 kilometrów stylem klasycznym, gdzie zajęła 16. miejsce. Rok później po raz pierwszy wystartowała w seniorskich mistrzostwach kraju, zdobywając srebrny medal w sprincie techniką klasyczną i ustępując tylko Marit Bjørgen. Niedługo później, 9 marca 2005 roku w norweskim Drammen zadebiutowała w Pucharze Świata, zajmując 24. miejsce w sprincie techniką klasyczną. Był to jej jedyny start w PŚ w sezonie 2004/2005 i z dorobkiem siedmiu punktów zajęła 90. miejsce w klasyfikacji generalnej. Pod koniec marca wystartowała na mistrzostwach świata juniorów w Rovaniemi, gdzie zdobyła srebrny medal w sprincie techniką klasyczną oraz złoty medal w sztafecie. Podczas mistrzostw świata juniorów w Kranju w 2006 roku zdobyła złote medale w sprincie techniką dowolną oraz biegu na 5 km stylem klasycznym. W sezonie 2005/2006 wystartowała w czterech biegach indywidualnych, najlepszy wynik uzyskując 15 marca w chińskimChangchun, gdzie była dziesiąta w sprincie stylem dowolnym.
Pierwsze międzynarodowe sukcesy w kategorii seniorek osiągnęła w sezonie 2006/2007. Po niezbyt udanym początku w Düsseldorfie, gdzie zajęła 25. miejsce w sprincie, zdecydowanie lepiej spisała się w Ruce 25 listopada 2006 roku, zajmując czwartą pozycję w sprincie stylem klasycznym. Przez cały grudzień i większość stycznia nie pojawiła się w Pucharze Świata. Wróciła 27 stycznia 2007 roku zajmując siedemnaste miejsce w biegu na 10 km techniką klasyczną w estońskimOtepää. Następnego dnia po raz pierwszy w karierze stanęła na podium zawodów pucharowych, zajmując drugie miejsce w sprincie stylem klasycznym. Wyprzedziła ją tylko ówczesna liderka klasyfikacji PŚ – FinkaVirpi Kuitunen. Blisko miesiąc później wystąpiła na mistrzostwach świata w Sapporo, gdzie została mistrzynią świata w sprincie, wyprzedzając SłowenkęPetrę Majdič oraz Virpi Kuitunen. Ponadto wspólnie z Marit Bjørgen zdobyła brązowy medal w sprincie drużynowym, a wraz z Bjørgen, Vibeke Skofterud i Kristin Størmer Steirą zdobyła także brązowy medal w sztafecie. Bezpośrednio po tych mistrzostwach wystartowała na mistrzostwach świata juniorów w Tarvisio, gdzie zwyciężyła w sztafecie i sprincie, a w biegu na 5 km techniką dowolną wywalczyła brązowy medal. Po powrocie do zawodów pucharowych jej najlepszym wynikiem było czwarte miejsce w sprincie 21 marca 2007 roku w Sztokholmie. Sezon ten zakończyła na 24. pozycji w klasyfikacji generalnej.
Najlepsze wyniki osiągnęła jednak w sezonie 2007/2008, kiedy to zajęła drugie miejsce w klasyfikacji generalnej, ulegając tylko Kuitunen. Dziesięciokrotnie stawała na podium, w tym po raz pierwszy zwyciężyła w zawodach PŚ. Miało to miejsce 15 grudnia 2007 roku w Rybińsku, w biegu na 15 km stylem dowolnym. Następnego dnia była druga w sprincie techniką dowolną. Do tego czasu zdążyła już dwukrotnie stanąć na podium w tym sezonie: 1 grudnia w Ruce była druga w sprincie, a dzień później drugie miejsce zajęła w biegu na 10 km techniką klasyczną. Wystartowała w drugiej edycjiTour de Ski, w którego klasyfikacji końcowej zajęła ostatecznie szesnaste miejsce. W poszczególnych etapach plasowała się na przełomie pierwszej i drugiej dziesiątki, najlepiej prezentując się 4 stycznia w Asiago, gdzie była szósta w sprincie. W drugiej części sezonu wygrała jeszcze dwukrotnie: 16 lutego w Libercu była najlepsza w biegu na 7,6 km stylem dowolnym, a 23 lutego w Falun triumfowała w biegu łączonym na 15 km. Ponadto była druga w Canmore 23 stycznia, 10 lutego w Otepää i 14 marca w Bormio, a 5 marca w Drammen zajęła trzecie miejsce. Dobre występy w sprintach dały jej drugie miejsce w klasyfikacji sprinterskiej, za Petrą Majdič.
Sezon 2008/2009 wyglądał dla Astrid Jacobsen zupełnie inaczej. Pomijając Tour de Ski 2008/2009 wystartowała tylko w czterech biegach, najlepszy rezultat uzyskując 12 marca 2009 roku w Trondheim, gdzie zajęła 19. miejsce w sprincie techniką klasyczną. W klasyfikacji końcowej Tour de Ski nie została uwzględniona po tym, jak nie wystartowała w ostatnim etapie 4 stycznia na Alpe Cermis. Wystartowała także na mistrzostwach świata w Libercu, gdzie w swoim najlepszym starcie - sprincie drużynowym zajęła wraz z Ingvild Flugstad Østberg piąte miejsce. Indywidualnie najlepiej wypadła w biegu na 10 km techniką klasyczną, gdzie była dwudziesta. W klasyfikacji generalnej tego sezonu zajęła dopiero 90. miejsce. Niewiele lepiej prezentowała się w kolejnym sezonie. Ponownie ani razu nie stanęła na podium i tylko raz znalazła się w czołowej dziesiątce zawodów - 16 stycznia 2010 roku w Otepää była dziesiąta w biegu na 10 km techniką klasyczną. Punktowała jednak częściej niż przed rokiem i ostatecznie w klasyfikacji generalnej uplasowała się na 45. pozycji. Mimo słabszej dyspozycji wystąpiła na igrzyskach olimpijskich w Vancouver, gdzie była siódma w sprincie techniką klasyczną oraz piąta w sprincie drużynowym.
Rywalizację w sezonie 2010/2011 rozpoczęła na znacznie lepszym poziomie niż w poprzednich dwóch latach. Była jedenasta w Gällivare 20 listopada, trzecia w Ruce 26 listopada, piąta w Davos 12 grudnia oraz ósma w La Clusaz 18 grudnia 2010 roku. Wystartowała w piątej edycji Tour de Ski, w której zajęła dziesiąte miejsce. W dwóch etapach: 31 grudnia w Oberhofie i 2 stycznia w Oberstdorfie zajmowała trzecie miejsce. Opuściła część startów pucharowych, choć zajęła między innymi dziesiąte miejsce w biegu na 10 km stylem klasycznym 19 lutego w Drammen. Na mistrzostwach świata w Oslo zdobyła wspólnie z Maiken Caspersen Fallą brązowy medal w sprincie drużynowym. Indywidualnie wystartowała tylko w sprincie stylem dowolnym, gdzie zajęła dziewiąte miejsce. Na zakończenie sezonu była druga w sprincie 13 marca w Lahti, a w Finale Pucharu Świata w Falun zajęła piątą pozycję. Dało jej to ósme miejsce w klasyfikacji tego sezonu.
DNF - zawodnik nie ukończył biegu – - zawodnik nie wystartował TdS - Tour de Ski FPŚ - Finał Pucharu Świata RT - Ruka Triple LT - Lillehammer Tour STK - Ski Tour Kanada
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
.svg){kind=small}
