1998年，在春晚搭档范明、赵亮、林永健演绎小品《东西南北兵》；同年，在总政双拥晚会上参演小品《三峡情》。1999年，与孙涛、林永健在春晚上合演小品《真情三十秒》。

2001年，与吴军共同主演自己首部电视剧《好兵炮娃》，饰张荣。2002年，出演首部军旅电影《枪手》，饰三班长。2004年11月13日，参与拍摄革命历史题材故事片《太行山上》，饰演队长崔二旦。

2005年，参演轻喜剧《别活得太累》，出演小林。2006年，搭档王宝强、段奕宏、张国强主演军旅励志剧《士兵突击》，出演五班长老马。

2007年7月，参与拍摄了国内首部魔幻情景喜剧《糊涂小天使》，范雷在剧中出演小科员傅民。2008年3月19日，拍摄了康洪雷执导的现代军旅剧《我的团长我的团》，饰演马大志。

2009年，凭春晚小品《水下除夕夜》的演出获得“我最喜爱的春晚节目”语言类一等奖。

2010年1月30日，与王宝强合作，参演的战争剧《为了新中国前进》在央视一套播出，在剧中饰演罗志英；3月31日，范雷在侯亮执导的惊悚悬疑电影《囧探佳人》中，塑造了老中医周子儒这一角色；6月3日，范雷主演了汶川救灾题材的电影《日照512》，饰演农村刘正涛；8月18日，范雷客串了建党90周年献礼电影《建党伟业》，饰演护卫军营长；9月18日，搭档彭玉、李崇霄主演被称为“中国老人”的情感剧《谁来伺候妈》，范雷饰演的哥林国强；11月4日，出演神话题材作品《仙女湖之墨仙》，饰演刘大饼；同年，在范伟主演的都市喜剧片《雷哥老范》中，范雷塑造反面角色秦琼。

2011年2月27日，在李威执导的现代家庭伦理剧《深白·再婚进行时》里，饰演关云山；3月15日，主演家庭情感剧《家产》，饰演霸道无理的高三国；6月，主演单联全执导的都市情感剧《我和丈母娘的十年“战争”》，在剧中饰演开出租车的司机刚子。11月3日，在中国兵工行业的电视剧《枪神传奇》中范雷出演了红军战士柳宝。

2012年9月，拍摄荆小尧执导的青春时尚喜剧《青春不够用》，饰演大好人牛金山；11月15日，客串了成龙主演的警察故事系列电影《警察故事2013》，出演跳楼小贩；同年，与周炜、曹海涛合作的小品《一座大山三个兵》，获得“立白杯”2004北京相声小品邀请赛“小品专业组一等奖”。

2013年2月27日，范雷参与农村题材剧《油菜花香》的拍摄，饰演口吃的詹福禄；8月10日，范雷主演了轻喜剧电影《水煮金蟾》。

2014年3月31日，搭档张一鸾，主演抗日剧《烽火英雄传》，范雷在剧中饰演了小混混游七；同年，范雷出演了王振宏执导的情感作品《樱桃红之袖珍妈妈》，扮演的杜兵是一个“妻管严”的小男人角色；3月6日，主演鲁坚执导的剧情片《卒迹》首映，在片中饰演主人公李二卒。

2015年，与陈小艺、刘之冰联合主演都市情感剧《木兰妈妈》，在剧中饰演单身的年朝阳。

2016年11月，参演蔡晶盛执导的古装仙侠剧《古剑奇谭贰》，在剧中饰演慧明。2017年，参演曹盾执导，易烊千玺、雷佳音领衔主演的古装悬疑剧《长安十二时辰》，在剧中饰演狼卫图格鲁。

2018年5月，参演韩青执导，郭晓东、吴谨言领衔主演的都市美食甜宠刑侦剧《你是我的答案》；3月，主演刘猛执导的武警特战题材剧《利刃出击》在江苏卫视首播，范雷在剧中饰演薛建宝；11月，主演马志宇执导，周峻纬，何晟铭领衔主演的都市刑侦剧《请不要为所欲为》。

2019年7月，主演赵春梁执导的体育励志电影《最好的青春》，在片中饰演顺子的父亲张建设；1月，与丁海峰、王佑硕联袂主演的当代农村轻喜剧《温暖的村庄》在山东卫视、宁夏卫视播出，范雷在剧中饰演王不开；同年，主演孔二狗执导的犯罪动作片《东北往事之二十年》，在片中饰演李四；11月22日，主演的爱情悬疑剧《漫长的告别》播出。

2020年5月8日，主演的文化扶贫生活轻喜剧《遍地书香》在北京卫视播出。11月，主演的时代报告剧《石头开花》开播，饰演村主任李六根。

2021年4月7日，主演的电影《战疫时期的爱情》在腾讯视频独家播出；5月25日，出演的重大革命历史题材剧《光荣与梦想》在北京卫视、东方卫视及腾讯视频、爱奇艺、优酷同步播出。10月21日，主演的重大革命历史文献纪录电影《东北战场的抉择——七道江会议》在吉林省白山市正式举行开机仪式。