1997年主演電視劇《十七歲不哭》飾演“簡寧”而被熟知。1998年參演電影《花季雨季》。2006年參演電視劇《士兵突擊》飾演吳哲。2008年主演電視劇《絕密押運》。同年主演電影《桃花運》。2009年參演電視劇《我的團長我的團》飾演張立憲壹角。[1-6]
2010年參演電視劇《生死線》。同年參演馮小剛導演的電影《唐山大地震》。2011年主演電影《奮鬥》。同年參演電影《建黨偉業》，飾演張國燾。2012年主演電視劇《北京愛情故事》。[7-11]
2012年憑借《北京青年》獲得了第八屆中國華鼎獎百強電視劇最佳男主角。2013年李晨登上央視春晚演唱歌曲《滴答》。並參演電影《忠烈楊家將》，飾演楊四郎。同年主演電視劇《今夜天使降臨》和《到愛的距離》。[12-16]
2014年加盟大型戶外競技真人秀《奔跑吧兄弟》並出演電影版。同年參演大型古裝電視劇《武媚娘傳奇》，飾演李牧。同年主演電視劇《天使的城》。[17-19]
2015年主演的電影《咱們結婚吧》於4月2日上映。同年主演電視劇《秀才遇到兵》。9月30日李晨參演的電影《鬼吹燈之九層妖塔》上映。[20-22]