回港做了六年律师之后，史美伦面临一次职业生涯的转折：任职香港证监会。香港曾在1987年经历了股灾，政府痛定思痛，于1989年5月成立了旨在加强证券市场监管的证监会。正是从本地及海外招兵买马的时候，证监会主席Robert Owen亲自出面，诚恳相邀，史美伦最终决定转行。1991年1月，她正式加盟香港证监会，担任企业融资部助理总监，是早期香港证监会高管人员中仅有的两名中国人之一。
“当时香港对证监会有很多攻击，我是在这种大背景下磨练出来的。看到、学习到很多，监管的原则性问题要坚持，但亦需考虑执行时的实际情况，基本原则是不能随时改的。”史美伦回忆道。
90年代的香港股市从低谷升起，香港证监会参与了香港市场的专业化建设过程。史美伦觉得自己“看到香港证券市场整个发展过程，也从不同国籍的监管者背景、经验，学到了很多”。
史美伦很快升任为香港证监会企业融资部高级总监、执行董事，并于1998年出任副主席。她负责统筹证监会各部门的政策制定工作，特别是负责收购兼并法律的制定执行。由于香港证监会和联交所各司其职，对收购兼并的监管被普遍视做证监会最具实权的工作。同时，史美伦也掌管着香港证监会的机构资源部，包括所有支援职能以及公关与投资者教育等部门。
在香港证监会长达十年的工作生涯中，史美伦经历了数轮市场的大起大落，应对了各种矛盾和挑战，其中很多成为经典的监管案例。例如上个世纪90年代初著名的“怡和事件”，1997年春末夏初香港证监会与香港联交所联手打压操纵股市的庄家等。这让史美伦赢得了“铁娘子”等称号，成为香港证券市场一个标志性的人物。在史美伦离开的时候，证监会的同事们送给了她一幅字留以纪念——“安危不贰其志，险易不革其心”。这幅字后来跟随史美伦来到了北京的办公室。
赴任北京是史美伦职业生涯的一次巨大转折，这让她的名字一夜之间传遍了全国。2000年，北京的友人向她转达了来自朱镕基总理的邀请。史美伦称自己当时“受宠若惊”。
