Самая первая роль в кино, Шуры из `Баллады о солдате` (1959) Григория Чухрая, досталась ей, тогда первокурснице МХАТа, случайно — если Владимира Ивашова на роль Алеши Скворцова режиссер утвердил практически сразу, то найти актрису, которая могла бы стать главной героиней, никак не удавалось. Прохоренко пробовалась на роль в массовке, Чухрай долго сомневался, рассматривая ее фотографии. `Понимаешь, с одной стороны, твое лицо похоже на всех, а с другой — абсолютно индивидуально`,— вспоминала она позже его слова. Фильм получил призы Каннского фестиваля и Британской академии кино и телевизионных искусств (BAFTA) и был номинирован на `Оскар`.
 

После следующей роли, Ксении из фильма `А если это любовь?` Юлия Райзмана, Прохоренко отчислили из МХАТа, зато приняли во ВГИК. До начала 90-х она снималась практически беспрерывно. Ей доставались и второстепенные роли (`Точка, точка, запятая…` (1972) Александра Митты, `Калина красная` (1973) Василия Шукшина, `Сибирский дед` (1973) Георгия Калатозишвили, `ТАСС уполномочен заявить…` (1984) Владимира Фокина), и главные (`Непридуманная история` (1964) Владимира Герасимова, `Происшествие, которого никто не заметил` (1967) Александра Володина). Однако самым главным ее персонажем так и осталась Шура из `Баллады о солдате`.