1995年进入铁岭县艺术团学习二人转表演。

2000年在吉林林越艺术团表演。

2006年5月，赵本山建议小沈阳到沈阳发展；赵本山亲自在当时的铁西和平影剧院给小沈阳考试；考试通过后，2006年的中秋节，小沈阳正式拜师；2006年年底参加天津电视台春节联欢晚会，在和星光大道等代表队的PK中大获全胜。

2007年春节，小沈阳和师傅到中央电视台春节联欢会演出；12月初次登陆央视舞台，在电视剧群英汇晚会中表演了《我要当明星》片段。2007年参演首部电视剧《没完没了的爱》开始崭露头角。

2008年1月作品《我要当明星》送选央视春晚审查，最终被评价为与春晚主题不够相符未能入选；2月20日再次应央视春晚导演邀请参加元宵晚会录制，表演《我要当明星》，但在2月21日正式播放时因节目时间过长未播出；在电视剧《乡村爱情Ⅱ》扮演王天来。

2009年，在中央电视台春节联欢晚会中与赵本山、毕福剑、丫蛋搭档演出小品《不差钱》；3月6日《2009小沈阳全国演笑会》启动，到2010年1月31日共在20个省、4个直辖市、3个自治区、70座城市演出103场；同年，在电视剧《关东大先生》中扮演小奉天；在电影《三枪拍案惊奇》扮演店小二李四。

2010年，主演的贺岁喜剧动作片《大笑江湖》上映；同年，在电视剧《乡村爱情故事Ⅲ》继续扮演王天来；在辽宁春节联欢晚会小品《超级粉丝团》扮演“哭组组长 ”；在央视春节联欢晚会小品《捐助》；在2010年北京电视台春节联欢晚会小品《阳仔演笑会》中扮演“阳仔”。2011年其主演电视剧《怪侠欧阳德》。2012年其主演电视剧《后厨》播出。2013年主演电视剧《说书人》和《谁是真英雄》相继播出。

2013年1月客串王家卫导演的电影《一代宗师》饰演三江水，2013年9月由孙周执导、王宝强和小沈阳出演的电影《不可思异》在广州拍摄期间，小沈阳上演上吊戏，导致意外受伤入院。

2014年7月参加安徽卫视《我为歌狂Ⅱ》。同年加盟电影《西游记之三打白骨精》，饰演“猪八戒”一角。

2015年3月主演电影《将错就错》在3月15日上映。2015年4月16日，小沈阳作为嘉宾，参加了第五届北京国际电影节开幕式。

2016年1月，参加《欢乐喜剧人第二季》，与丫蛋搭档表演小品《不差钱》续集《不差钱2》；2月8日，电影《西游记之孙悟空三打白骨精》上映，小沈阳饰演猪八戒  3月电影《非常交易》开机。主演喜剧悬疑动作片《我说的都是真的》。确认继续在电影《西游记女儿国》中饰演猪八戒，并演唱推广曲《八戒八戒》；同年，参加北京卫视明星真人秀《跨界歌王第一季》的比赛，获得总决赛季军。同年9月主持综艺首秀《跨界喜剧王》，2016年12月和肖央主演电影《情圣》上映。

2017年加盟电影《断片之险途夺宝》预计2017年年底上映。6月，其与黄渤、宋佳共同主演、蔡尚君执导的电影《冰之下》入围第二十届上海国际电影节，2018年1月其自导自演的电影《猛虫过江》在2018年暑期上映。

2020年1月10日至12日，在国家话剧院剧场上演的最新一版《我爱桃花》，这是小沈阳首次主演话剧；6月，以首发嘉宾的身份参加北京卫视音乐综艺节目《跨界歌王第五季》，最终获得了年度亚军；11月，参与江苏卫视音乐悬疑竞猜类真人秀《蒙面唱将猜猜猜第五季》。12月，参加浙江卫视《我就是演员第三季》。12月31日，参加《2021迎冬奥相约北京BRTV环球跨年冰雪盛典》，现身吉林分会场。

2021年5月14日，小沈阳导演、主演的电影《不差钱》在2021爱奇艺世界大会上曝光，这也是小沈阳继2018年的《猛虫过江》之后第二次担任电影导演。