2002年，参演中国首部反特悬疑剧《誓言无声》饰年轻的反间谍局人员骆战，该剧获得了第23届中国电视剧飞天奖长篇电视剧一等奖。

2004年，在巫刚、罗海琼主演的军旅剧《我在天堂等你》中饰演辛明。同年与潘虹、梅婷、谢润出演校园爱情剧《香樟树》饰演陶妮暗恋的对象韩波。同年在《浮华城市》中饰演女主角商晓燕的大学同学冯苇一。

2007年，出演电影处女作《夜·明》，赵峥在剧中饰演槟城崇华学堂的老师罗肇麟。同年在改编自石钟山小说《红颜》的知青题材剧《红颜的岁月》中饰演高校教师章家骏。同年在柳云龙自导自演的悬疑剧《血色迷雾》中饰演性格复杂亦正亦邪的大少爷。

2008年，在山西榆次老城拍摄年代剧《杏花魂》，饰演从日本留学回国的热血青年季宗齐。同年搭档张耀扬、谢润主演以军阀割据时的盗墓题材剧《东陵大盗》饰“夜行侠”金毓泽。

2009年，时隔七年在毛卫宁执导的反特悬疑剧《誓言永恒》（《誓言无声2》）中再次饰演骆战。随后再次和导演毛卫宁合作出演世博献礼剧《上海上海》中从海外留学归来的金融娇子佟光夫一角。

2010年，与陈小艺、倪大红主演讲述河南人逃荒到陕西的年代剧《叶落长安》饰老实厚道本分的梁长安。同年在李小冉、赵春羊主演的现代情感励志剧《春暖花开》中饰演抛妻弃子的“负心汉”岳剑明。

2011年，在海清、小沈阳主演的轻喜剧《后厨》中饰演粤菜大厨李同。2013年，参与张丰毅、颜丙燕主演的年代爱情剧《岁月如金》饰演李北方。

2014年，在李幼斌、朱茵主演的家庭温暖轻喜剧《孙老倔的幸福》中饰演孙老倔的长子孙国强。同年在胡军、赵立新主演的现代国安反间谍剧《于无声处》中饰演潜伏的间谍骨科大夫乔敬堂。

2015年，在张萌、任重主演的都市爱情剧《敢爱》中饰演宋先。在抗战剧《潜行者》中饰演亦正亦邪的伍云召。

2016年2月，与刘恺威、蒋欣合作主演都市情感悬疑剧《继承人》，在剧中饰演性情孤傲的海归律师戴波；3月，与宋洋、李呈媛合作主演的动作电影《箭士柳白猿》上映，在片中饰演枪术高手过德诚。

2017年3月，与张丹峰、江铠同等人合作主演革命历史剧《觉醒者》，在剧中饰演投身革命的富家公子周一平；9月，主演的都市情感悬疑剧《甜蜜的谎言》在南京举行首播发布会。

2020年1月13日，主演的电视剧《新世界》播出；2月21日，参演的都市剧《安家》播出。