2011年底，王源加入TF家族，成为家族练习生。

2012年3月，王源开始《TF家族面对面》、《TF家族新闻播报》等TF家族自制综艺节目录制。7月15日，与王俊凯翻唱《一个像夏天一个像秋天》，至9月网络总视频点击超过500万次，且于9月24日被范玮琪转发。8月23日，与王俊凯合唱家族原创歌曲《我们曾在一起》发布。9月17日，王源在地下通道翻唱的《旋木》被优酷网首页推荐。10月，与王俊凯录制安徽卫视《黄金年代》。11月，与王俊凯发行EP《青蛙也会变王子》。

2013年1月，王源开始主持《TF家族新闻发布会》和代班主持《TF家族新闻播报》。2月，与王俊凯翻唱《到不了》发布。2月23日，王源主持的脱口秀节目《源来这样讲》在TF家族自制综艺中播出。3月，与王俊凯做客《56红人馆》。4月1日，与王俊凯翻唱《当爱已成往事》，视频于4月4日在优酷、56等视频网站点击量突破40万。5月17日，与王俊凯合唱原创歌曲《街舞少年》发布。5月31日，与王俊凯及TFBand合作翻唱《洋葱》，视频被五月天阿信、刘若英转载，该视频点击率超过3000万。6月4日，王源、王俊凯版《洋葱》被台湾《中天新闻》报道。人气直升7月筹备出道，与王俊凯、易烊千玺组成组合。

8月6日，由王源、王俊凯、易烊千玺三人组成的内地青春励志组合TFBOYS正式出道。10月4日，TFBOYS《Heart梦·出发》首唱会于重庆渝中区日月光中心举行。11月8日，与王俊凯翻唱《董小姐》发布。11月，王源开始主持家族综艺《TF少年GO》，节目包含《源文在哪》、《源来这样讲》、游戏环节和LIVE秀模块。12月24日，与王俊凯参加重庆日月光中心举办的平安夜活动。

2014年2月14日，王源主演TF家族自制网络剧《男生学院自习室》播出，饰演马思远，此剧是TFBOYS人气激增的一个转变点。4月15日，第二届音悦V榜年度盛典在北京举行，TFBOYS通过粉丝投票获得“内地最具人气歌手”奖和“音悦直播人气歌手”奖，这是TFBOYS首次亮相中国国内颁奖典礼 。5月2日，与易烊千玺参与EP《魔法城堡》首签活动；同日，接受《中国娱乐报道》专访，并应邀担任《土豆最音乐》嘉宾主持。5月20日，与组合成员录制湖南卫视《快乐大本营》，王源小秀主持。6月27日，王源两年前翻唱的《天使的翅膀》发布，视频被原唱安琥转发。7月4日，与组合成员献唱电影《我就是我》第二弹主题曲《想唱就唱》 ；同日，献唱动画电影《洛克王国3：圣龙的守护》主题曲《魔法城堡》  。7月24日，《青春修炼手册》正式发布，2天内点击量即破千万，MV发行后一周内便打破音悦台5项V榜吉尼斯，后来成为“神曲”之一 。8月21日，与组合成员录制中央电视台公益节目《开学第一课》演唱主题曲《开学第一课》。8月26日，王源代班主持《我爱大牌》。9月8日，与组合成员不仅在中央电视台中秋晚会直播现场登台表演，而且提前录播亮相湖南卫视中秋晚会上。9月13日，中国首档偶像全纪录节目《TFBOYS偶像手记》播出，王源在节目中有担当主持。

2015年1月1日，与组合成员参加中央电视台“心连心”艺术团赴古田镇慰问演出。2月8日，与组合成员录制北京电视台春节联欢晚会。2月11日，与组合成员登CCTV网络春晚。2月12日，与组合成员登湖南卫视小年夜春节联欢晚会。3月6日，王源在《TF少年GO》第三季首播中自弹自唱《残酷月光》首次正式展现钢琴才艺，其发布微博被评定为2015微博年度十大热图。4月29日，加盟由同名小说改编3D电影《爵迹》。5月25日，参加重庆市第七届中小学艺术节声乐合唱比赛得一等奖。5月28日，与组合成员录制中央电视台六一晚会。8月25日，新浪认证微博@TFBOYS-王源 粉丝数破千万。9月，制作微电影得学校年级第一。9月21日，与组合成员录制湖南卫视中秋晚会 。9月24日，加盟《诛仙》改编电视剧《青云志》，出演男主人公张小凡的少年时期，成为2016电视剧大赏角色引发的明星热议排行NO.1。9月27日，与组合成员登中央电视台中秋晚会。11月8日，王源在他15岁生日会上带来首支舞蹈solo，钢琴弹唱14岁时完成的首支自己作词作曲的单曲《因为遇见你》献给粉丝，并成为首位以生日形象登美国纽约时代广场的中国艺人。

2016年1月13日，王源首支个人作词作曲单曲《因为遇见你》发布，圈内众多艺人推荐分享支持，微博首发3小时便夺得亚洲新歌榜冠军，一天播放量达770万，26天播放量突破3亿，且是2016百度King榜最强满分王、最强连冠王，并连续打破多项纪录，其发布微博于2017年5月10日转发量突破四亿。2月7日，与组合成员登2016中央电视台春节联欢晚会表演节目《幸福成长》。2月22日，与组合成员参加湖南卫视元宵喜乐会。3月21日，王源拍摄《时尚·COSMOPOLITAN》6月刊封面，成登上五大杂志首位00后，拥有网络专属个人封面，个人销量付款减库存48秒71319册创造行业纪录。5月28日，与组合成员录制中央电视台六一晚会。6月1日，参加录制母校南开中学80周年校庆宣传片。6月8日，第22届上海电视节新浪潮论坛公布的电视剧演员微博热度王源2014、2015两年冠。6月11日，王源凭借《因为遇见你》荣获第9届城市至尊音乐榜“年度听众最爱新人”奖。7月11日，主演网络剧《超少年密码》播出，一人分饰两角饰演隋玉和002。9月13日，新浪发布微博七周年特献——《微博明星白皮书》中人气TOP20的明星王源2015、2016两年第一 ；同日，与组合成员录制湖南卫视中秋晚会。9月15日，与组合成员登中央电视台中秋晚会。9月27日，《因为遇见你》荣获2016亚洲新歌榜“年度十大金曲”奖。10月17日，演唱个人由词谱曲的《最美的时光》献礼南开中学建校80周年。11月4日，林俊杰作曲、王雅君作词的单曲《长大以后的世界》发布 。11月7日，王源接受共青团中央主管主办的《中国青年》独家专访，并作为文娱界和00后的优秀代表被选择成为封面人物登2017年的1月开年封，成首位00后登封人物 。12月20日，担任浙江卫视大型原创室内竞技真人秀节目《王牌对王牌第二季》常驻MC队长。

2017年1月27日，与组合成员登2017中央电视台春节联欢晚会表演开场节目《美丽中国年》。4月16日，参加中央电视台大型文化情感类节目《朗读者》以“青春”为主题词的收官录制。4月20日，拍摄《芭莎男士》6月刊单人封面，成首位00后、最年轻登封人物，销量以1秒1万本、16秒38000本售罄的成绩刷新该杂志销售记录。5月31日，录制中央电视台六一晚会。6月18日，荣获2017微博电影之夜“人气之星”奖。7月8日，参与作词单曲《阳光不锈》发布。7月9日，主演电视剧《我们的少年时代》播出，饰演班小松 。8月1日，登人民出版社主办的《人物》8月刊封面，成首位00后、最年轻登封人物。8月11日，TFBOYS出道四周年演唱会南京场王源献两首吉他弹唱展示吉他才艺 [80]  。9月4日，入选人民日报评的“榜样的力量·开挂的人生’”九大青年。9月13日，加盟东方卫视大型原创真人秀节目《青春旅社》。9月25日，登《Madame Figaro》中文版10月刊单人双封面，成首位00后，最年轻登封人物，2万本一秒售罄创该刊销售记录。9月26日，与组合成员录制中央电视台中秋晚会。10月12日，十九大召开之即，期间推出“厉害了这五年”系列回顾，荣登中国青年报青年光荣榜，获赞“最正能量青年明星” 。10月25日，个人作词作曲单曲《十七》发布；

同日，加盟王小帅导演的文艺片电影《地久天长》。11月2日，王源入选美国《时代》周刊（《Time》）2017年30位全球最具有影响力的青少年，根据各个领域的表彰以及社交媒体上的全球影响力，与总体产生新闻的能力为依据，作为中国入选的唯一男性，中国唯一一位入榜00后，刊登于所有版本杂志内页和官网上。11月6日，个人首支全英文单曲《Sleep》发布。11月8日，登《时尚芭莎》12月上刊单人双封面，成首位00后五大杂志单封，最年轻登封记录，线上预售创三项记录1秒破80000本，8秒160000本售罄，付款金额达到480万元，杂志方将140万金额以王源名义捐赠20辆救护车助力于“芭莎公益慈善基金—思源·芭莎自治区救护车项目” 。11月20日，在北京凯迪拉克中心举办17岁生日会，当日发布为母亲作词的单曲《骄傲》。11月28日，荣获2017腾讯娱乐白皮书“年度影响力之星”奖。11月31日，作为代表人物登CCTV-13新闻特别节目《年轮2017》的“2017‘新青年’的崛起”板块“请让我来代表你——中国” 。

2018年1月18日，王源领衔主演玄幻传奇古装IP剧《大主宰》，饰演男主角牧尘。1月20日，受中国文联邀请作为嘉宾主持出席“百花迎春——中国文学艺术界2018春节大联欢”，并作为老中青三代代表之一接受中央电视台的采访登《新闻直播间》。1月22日，首张数字专辑《宝贝》发布，该专辑是为个人公益项目“源基金”所作，专辑售卖所得净收益将全数捐给“源基金”，该专辑成酷狗音乐2018年度音乐榜年度畅销个人专辑；同日，担任浙江卫视大型原创室内竞技真人秀节目《王牌对王牌第三季》常驻MC队长。2月5日，成为人民日报社主管主办的综合时政类期刊《环球人物》杂志专栏作家，开设独家专栏“王源说”每月刊载，所有稿费捐给“源基金”。2月10日，荣获中央电视台全球中文音乐榜上榜“年度最佳原创歌手”和《十七》荣获“年度最佳中文歌曲” 。2月15日，与组合成员登2018中央电视台春节联欢晚会表演歌曲《我和2035有个约》。2月27日，录制湖南卫视全国首档原创声音魅力竞演秀《声临其境》收官年度声音大秀。3月19日，重新作词《因为遇见你》改编成《因为遇见你2018版》作为顾长卫电影《遇见你真好》片尾曲发布。3月22日，受Chopard萧邦邀请出席于巴塞尔国际钟表珠宝展举办的“可持续发展的奢侈品之路”新闻发布会和讨论会。5月14日，成为瑞士奢侈腕表珠宝品牌Chopard萧邦品牌大使，刷新了该品牌大使的年龄下线  ；同日，受官方赞助的双品牌邀请出席戛纳电影节，红毯着装入选“2018年戛纳电影节最佳红毯着装”。5月19日，作为新浪微博账号粉丝破4000万的福利在美拍上直播，打破美拍直播记录，直播所有礼物捐赠“源基金”。

6月17日，荣获2018微博电影之夜“微博最受欢迎人气之星”奖。6月28日，作为QQ会员代言人为QQ会员18周年献唱的主题曲《做我自己》发布  。7月20日，英文单曲《The Wrong Things》发布。8月16日，录制《开学第一课》。8月30日，宣布作为主演之一参演好莱坞电影《极限特工4》。9月29日，于纽约为美国职棒大联盟MLB比赛开球，是中国内地首位为MLB开球的明星。10月30日，作为Line Friends全球首席创造官创造的卡通形象ROY6的英文主题曲《Will You》发布。11月6日，个人作词单曲《一样》发布。11月12日，个人作词作曲单曲《我的童年》发布。11月16日，参与作词单曲《孤注》发布。11月17日，王源BORNFREE“生而自由 爱而无畏”十八岁演唱会在重庆举办，首唱参与作词作曲的单曲《天使》献给粉丝，并在现场被任命为“联合国儿童基金会大使”。12月4日，个人作词单曲《我不知道》发布。12月23日，荣获“微博2018十大影响力明星制片人”。

2019年1月10日，《地久天长》入围第69届柏林国际电影节主竞赛单元。1月17日，受中国文联邀请作为表演嘉宾出席“百花迎春——中国文学艺术界2019春节大联欢”。1月21日，与组合成员录制东方卫视春节晚会。2月，2017年联合国演讲作为材料登初三政治教科书。2月4日，与组合成员登2019中央电视台春节联欢晚会表演歌曲《我们都是追梦人》。2月19日，与组合成员登2019中央电视台元宵晚会播出。2月22日，加盟芒果TV首档沉浸式乡村人文体验真人秀《哈哈农夫》。3月12日，加盟爱奇艺自制S 级华语唱作人生态挑战节目《我是唱作人》 。6月9日，王源个人作词作曲的《滚烫的青春》正式上线。7月30日，首张个人专辑《源》以个人作词作曲同名主打曲《源》发布陆续发行。