2000年，与洪金宝、樊少皇、梁铮合作主演古装武侠电影《龙腾虎跃》，在片中饰演乔雄的儿子乔振宇，与方子哥饰演一对父子，这是他的首部电影作品，从而正式进入演艺圈；同年，与黄奕、袁郡梅、王斑合作主演古装剧《新女驸马》，在剧中饰演小侯爷东方胜，这是他的首部电视剧作品。

    2001年，与徐露、夏雨、梁小冰合作主演古装武侠剧《残剑震江湖》（又名《行行出状元》），在剧中饰演天资聪颖、心地善良的男主角许三元；同年，与陆毅、梅婷、佟大为合作主演都市情感剧《海洋馆的约会》。

    2002年，与董璇、孙耀威、任晶合作主演古装武侠剧《雪花女神龙》，在剧中饰演绰号“赛华佗”、外貌清瘦俊秀且医术高明的欧阳明日；同年，出演陈坤、董洁、刘亦菲主演的民国情感剧《金粉世家》，在剧中饰演金家六小姐金润之的男友浩然。

    2003年，出演张健伟执导的古装喜剧《新五女拜寿》，在剧中饰演与玲珑日久生情的男主角云天浩；同年，出演舒钢、徐宏辉执导的青春校园偶像剧《男生女生》；之后，与于小慧搭档主演青春爱情偶像剧《爱我你怕了吗》，在剧中饰演大学毕业后一心想当演员的男主角刘东子。

    2004年，出演李惠民执导的古装武侠剧《无忧公主》，在剧中饰演与女主角无忧公主青梅竹马一起长大的常孟；同年，出演王小康执导的商战情感剧《站在你背后》，在剧中饰演长相帅气、心地善良的男主角李成康；之后，与赵文卓、吕良伟、蔡少芬合作主演古装武侠剧《七剑下天山》，在剧中饰演天山七剑之首、天山派第一代掌门凌未风。

    2005年，与张家辉、蔡琳合作主演古装情感剧《新醉打金枝》，在剧中饰演为人正直、明理守法、重情重义的秦风；同年，与陆毅、赵薇、李威合作主演青春爱情偶像剧《车神》，在剧中饰演阴险狡诈、攻于心计的富家公子刘云松；之后，出演余明生、李良成执导的民国情感剧《青城之恋》，在剧中饰演聪明且富有同情心的赵雨桐。

    2006年，与舒畅、崔林合作主演青春励志偶像剧《爱在来时》，在剧中饰演羁傲不驯、性情张扬的富家公子哥陈翔宇；同年，出演于敏执导的古装武侠剧《鹿鼎记》，在剧中饰演延平郡王郑克塽；同年11月5日，获得“时尚先生年度评选盛典”最具运动风尚时尚先生奖；同年12月21日，获得“金南方影视奖年度盛典”年度影视新人奖。

    2007年，与陈龙、蒋欣合作主演都市情感励志剧《丑女也疯狂》，在剧中饰演阳光帅气、事业有成的男主角冯子健；随后，与郭凯敏搭档主演乡村励志情感剧《心灵的泪花》，在剧中饰演背井离乡去都市打拼的农村青年王炜俊；同年，与谢霆锋、钟欣潼合作主演古装武侠剧《浣花洗剑录》，在剧中饰演生性开朗、聪明伶俐且坦率真诚的方宝玉；此外，他还出演了谭友业执导的古装轻喜剧《少年讼师纪晓岚》。

    2008年，与安以轩、冯绍峰、伊能静合作主演民国情感剧《锁清秋》，在剧中饰演苏心禾的哥哥苏心海，与李菲儿饰演一对兄妹；同年，与郑少秋、刘德凯、周丽淇合作主演古装武侠剧《书剑恩仇录》，在剧中一人分饰二角，分别饰演了性格爽快且文武双全的红花会总舵主陈家洛、武英殿大学士兼军机大臣福康安；之后，出演陈剑飞执导的革命战争剧《烽火影人》，在剧中饰演表面不羁、内心善良正直的美工师刘子坪。

    2009年，与曹曦文搭档主演都市情感剧《中国式相亲》，在剧中饰演俊朗洒脱且独立自强的男主角苏格；同年，出演胡玫执导的古装电影《孔子》，在片中饰演男主角孔子的儿子孔鲤。

    2010年，出演王新民执导的年代传奇剧《大盛魁》，在剧中饰演满身匪气且能说会道的张杰；同年，与刘佩琦、徐翠翠、范雷合作主演都市轻喜剧《不能没有家》，在剧中饰演为人正直且爱岗敬业的丹东某派出所二级警司霍雷，这是他首次在影视作品中尝试警察的角色。

    2011年，与颜丙燕、李坤霖、宋佳伦合作主演家庭伦理剧《满秋》，在剧中饰演女主角满秋的小叔子郭乃文；同年，与蒋梦婕、甘婷婷、罗晋合作主演民国爱情悬疑剧《被遗弃的秘密》，在剧中饰演外表帅气、内心腹黑的周家管家欧冠群；同年8月31日，获得“第三届品牌与传播大会颁奖盛典”年度最佳品牌传播贡献奖；之后，出演沈雷执导的革命剧《血色樱花》，在剧中饰演上海富商高信义的儿子高文轩；此外，他还在李翰韬执导的古装传奇剧《隋唐英雄》中饰演了李渊的长子李建成。

    2012年，与刘恺威、颖儿合作主演古装玄幻剧《画皮之真爱无悔》，在剧中饰演万古族二王子郑吉；同年，与刘涛、张铎合作主演都市情感剧《老有所依》，在剧中饰演因患有先天性癫痫而不能正常工作的余淼；之后，与舒畅、陈键锋合作主演年代情感剧《烽火佳人》，在剧中饰演正直勇敢且重情重义的职业杀手周霆琛。

    2013年1月，获得“精品消费报三周年庆典”年度风尚全能艺人奖；同年，与杨幂、李易峰、郑爽合作主演古装玄幻剧《古剑奇谭》，在剧中饰演温文尔雅且精通音律的青玉坛丹芷长老欧阳少恭。

    2014年1月26日，其主演的古装神话剧《刘海砍樵》在CCTV-8首播，而他在剧中则饰演了老实、孝顺、有责任感的男主角刘海；同年5月16日，其主演的爱情轻喜剧电影《求爱嫁期》，而他在片中则饰演了心思细腻、温柔而善良的黄子宏；同年6月15日，凭借电视剧《烽火佳人》获得“第20届上海电视节白玉兰奖”最具人气男演员奖；同年，出演任重、张铎、王阳主演的现代医疗情感剧《青年医生》，在剧中饰演病患家属顾小萌；同年10月，凭借电视剧《老有所依》入围“第十届中国金鹰电视艺术节”最具人气男演员奖、观众喜爱的男演员奖；之后，出演杨阳执导的都市情感轻喜剧《天使的城》，在剧中饰演抑郁症患者杨超群；此外，他还出演了马鲁剑执导的年代传奇剧《浴血重生》（原名《浴血重生之碉楼传奇》），在剧中饰演以卢家大少爷身份归国复仇的男主角谭振刚。

    2015年1月15日，获得“新浪微博之夜年度盛典”年度人气奖；随后，出演刘一志执导的都市青春励志剧《裸漂》，在剧中饰演性格倔强、野心勃勃的设计师汪禹；同年5月5日，其与韩雪、陈龙合作主演的古装神话剧《聊斋新编》在浙江卫视首播，而他在剧中则饰演了才华横溢、温文尔雅的新科举人陶岳明；同年7月9日，其主演的古装玄幻剧《华胥引之绝爱之城》在江西卫视、四川卫视首播，而他在剧中则饰演了为巩固政权不惜一切代价的陈国世子苏珩；同年11月27日，其主演的喜剧电影《坏蛋必须死》上映，而他在片中则饰演了在北京长大、从事保险推销工作的三儿；同年12月31日，其主演的年代悬疑侦探剧《昙花梦》在北京影视频道首播；此外，他还出演了张博昱执导的都市情感励志剧《爱情也包邮》。

    2016年，与马可、张馨予合作主演古装传奇剧《思美人》，在剧中饰演风流英武、雄才大略却决断优柔的楚怀王熊槐；同年6月1日，其主演的年代剧《大世界》在上海电视剧频道首播，而他在剧中则饰演了身负血海深仇的男主角秦孝天；同年7月，作为“超级代表”参加芒果TV选秀娱乐节目《超级女声》总决赛；同年9月1日，其主演的都市情感剧《大嫁风尚》在辽宁卫视上星播出，而他在剧中则饰演了性格高冷、成熟稳重的整形外科医生金志豪；随后，与姚笛、朱嘉琦、郑雅文合作主演古装情感剧《蔓蔓青萝》，在剧中饰演风度翩翩、玉树临风的四皇子刘绯（陈子离）；同年11月13日，获得“首届绿氧电影季·金槿奖”卓越魅力奖；此外，他还作为常驻嘉宾参与了芒果TV明星推理综艺秀节目《明星大侦探》的录制。

    2017年，与欧豪、海铃合作主演古装科幻剧《天意之秦天宝鉴》，在剧中特别出演秦始皇嬴政；同年，与钟汉良、王晓晨合作主演都市情感剧《幸福的理由》，在剧中饰演与方浩声自小相识的时尚总监许东安；随后，推出个人单曲《思美人兮》，并作为电视剧《思美人》的主题曲；同年4月24日，其主演的犯罪悬疑网络剧《心理师》在腾讯视频首播，而他在剧中则饰演了身为心理分析师的男主角夏木；同年6月9日，其出演的都市穿越网络剧《思美人之山鬼后裔》在爱奇艺首播；12月，与汤唯、朱亚文、邓家佳联合主演古装剧《大明风华》（原名《大明皇妃·孙若微传》），在剧中饰演谋士徐滨，该剧于2019年12月17日在湖南卫视播出、优酷全网独播。

    2018年1月16日，获得绿尚·小资风尚盛典年度风尚魅力男演员奖；12月26日，与夏雨、蔡文静合作主演的鉴宝题材影视剧《古董局中局》播出，其饰演出身鉴古学会玄门药家，帅气风趣的药不然“药二爷”。

    2019年1月10日，由王千源、包贝尔领衔主演的犯罪动作电影《“大”人物》上映，乔振宇在片中饰演赵氏集团大公子、赵泰的哥哥赵康；1月18日，其参加的角色扮演类推理节目《明星大侦探之头号嫌疑人》在芒果TV首播；同年，；11月7日，其主演的军事题材电影《黎明勋章》在深圳开机；12月20日，客串出演的律政剧《精英律师》播出，在剧中饰演罗槟的客户王威；12月27日，与凌潇肃、贾乃亮、金晨共同出演的警匪电影《特警队》上映，在片中饰演缉毒大队队长国志刚。

    2020年5月11日，参演的年代史诗剧《人生若如初见》官宣演员阵容。7月15日，主演的《重启之极海听雷》播出。8月28日，由其领衔主演，潘镜丞执导的大型历史文化探秘剧《昆仑·丝路宝藏》在横店影视城顺利开机。9月27日，与冯绍峰、袁姗姗领衔主演现代剧《创业年代》在央视一套播出，在剧中饰演顺应改革开放潮流的知识分子洪雨桥。