2000年，出演张健华执导的青春偶像剧《青春@Y2K》，在剧中饰演男主角陈永乐，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈。

2001年，出演崔允信执导的剧情电影《忧忧愁愁的走了》，在片中饰演Hong，这是他的首部电影作品同年，与杨丞琳、彭于晏、范玮琪合作主演爱情偶像剧《爱情白皮书》，在剧中饰演的个性阴郁且善解人意的男主角欧阳挂居。

2002年，推出首张个人EP专辑《Private Room》，收录了包括《运动太好》、《还你门匙》等在内的6首歌曲；之后，获得“新城劲爆颁奖礼”新登场男歌手铜奖、“乐坛新人巡礼”最有前途男新人奖；同年，出演刘伟强、麦兆辉执导的警匪电影《无间道》，在片中饰演少年时期的陈永仁。

2003年3月13日，其主演的爱情喜剧电影《下一站天后》上映，在片中饰演外表粗疏豪放但内心却脆弱自卑的阿荣 ；同年9月，推出第二张个人EP专辑《Lost And Found》，收录了包括《两汤一面》、《失恋博物馆》等在内的7首歌曲。

2004年，推出第三张个人EP专辑《生还者》，收录了包括《雷霆伞兵》、《生还者》等在内的7首歌曲；同年，其演唱的歌曲《生还者》获得“新城劲爆颁奖礼”金曲奖；之后，与安荣生、王洛勇、秦岚合作主演历史电影《邓小平·1928》，在片中饰演邓小平的助手薛浦生。

2005年，推出首张个人音乐专辑《Whether Or Not》，收录了包括《下一次真爱》、《一二三红绿灯》等在内的11首歌曲。

2006年，与方中信、黄奕、杨恭如合作主演时装爱情剧《浴火凤凰》，在剧中饰演英俊潇洒且城府极深的向随想；同年，与张娜拉、严屹宽、杨雪合作主演都市情感剧《纯白之恋》（又名《情系浦江》），在剧中饰演出生豪门的男主角王志浩。

2007年，与刘心悠、吴镇宇、郭品超合作主演根据日本同名漫画改编的动作电影《军鸡》，在片中饰演男主角成岛亮 ；同年，与谢霆锋、房祖名、吴京、安志杰合作主演警匪动作电影《男儿本色》，在片中饰演高傲且冲动狂妄的见习督察方奕威；之后，出演彭发执导的惊悚爱情电影《错爱》，在片中饰演男主角恩明 ；同年12月，获得“风尚大典”年度潜质男演员奖。

2008年，出演唐永健执导的惊悚悬疑电影《第一诫》，在片中饰演男主角李国强；同年5月29日，其主演的剧情电影《青苔》上映，在片中饰演男主角阿丈；同年7月，凭借电影《第一诫》获得“第12届韩国富川国际电影节”最佳男主角奖。

2009年，与张雨绮、代旭合作主演惊悚悬疑电影《荒村公寓》，在片中饰演男主角郭径；同年，与杨丞琳、江若琳、徐正曦合作主演惊悚悬疑电影《童眼》，在片中饰演男主角乐仔，这是他继《爱情白皮书》后再度与杨丞琳合作。

2010年，与甄子丹、黄秋生、舒淇合作主演动作电影《精武风云·陈真》，在片中饰演有勇有谋的曾江军；同年3月25日，其主演的爱情电影《志明与春娇》上映，在片中饰演又贱又懒的男主角张志明。

2011年，与查克利·彦纳姆、乌汶叻合作主演动作电影《玩命狙击》，在片中饰演工于心计的药品公司总裁阿桑；同年4月，推出第二张个人音乐专辑《不是明星N.A.S.》，收录了包括《其实我们很熟》、《你说我太帅》等在内的10首歌曲，这也是他的首张个人国语专辑。

2012年，与黄晓明、阮经天、井柏然、文章合作主演古装武侠电影《血滴子》，在片中饰演乾隆的大内密探成员海都；同年，与颖儿、徐洁儿、高健合作主演年代悬疑剧《玲珑局》，在剧中饰演家境优越且非常痴迷于破案的男主角方翰文。

2013年，与曾国祥、邹凯光、欧锦棠合作主演喜剧电影《飞虎出征》，在片中饰演充满冲劲的飞虎队队员阿富。

2014年，出演郭子健执导的灾难电影《救火英雄》，在片中饰演消防队队长游邦潮；同年，出演黄真真执导的爱情喜剧电影《闺蜜》，在片中饰演温柔又贴心的乔立。

2015年1月29日，其主演的贺岁喜剧电影《澳门风云2》上映，在片中饰演身手了得且沉稳睿智的国际刑警阿乐；同年4月30日，其主演的动作电影《赤道》上映，在片中饰演香港警队反恐特勤组督察范家明；同年12月2日，获得“第12届年度先生盛典”年度港台杰出艺人奖。

2016年，与张晋、文咏珊、吴樾、林家栋合作主演警匪动作电影《狂兽》，在片中他首次挑战反派角色，饰演心狠手辣、极其凶残的黑市歹徒江贵成，该片于2017年11月10日上映；同年，与冯小刚合作主演剧情电影《手机芯战》。

2017年2月，凭借电影《一念无明》获得“第36届香港电影金像奖”最佳男主角奖的提名；4月9日，获得“第36届香港电影金像奖”最佳着装奖；4月28日，主演的爱情电影《春娇救志明》正式上映；7月13日，与彭于晏、倪妮、欧豪、郑爽、乔杉合作主演的奇幻电影《悟空传》正式上映，在片中余文乐饰演了身手了得的冷面二郎神杨戬。

2018年2月，作为固定嘉宾参加浙江卫视原创连续剧悬念式户外真人秀节目《二十四小时第三季》；6月7日，其主演的奇幻冒险电影《怪物先生》正式杀青，在片中饰演男主角猛哥。

2019年11月16日，参演钟少雄导演的电影《中国兵王·绝密任务》。