2011年下半年，尹正读完大学后意外的参演了音乐剧《妈妈咪呀》的中文版，也因此结识了该音乐剧的女主角田水，后由田水引荐参演上海话剧中心的话剧版《鹿鼎记》，饰演第四任康熙，得到了给他们拍戏的王勇导演的认可。2013年，经王勇导演的推荐，尹正出演了个人首部电视剧作品《龙门镖局》，在剧中饰演“山鸡”一角，正式进入演艺圈。

2013年9月，参演由李立群、邓萃雯等人主演，蒋家骏、查传谊执导的近代革命题材电视剧《风雷急》，在该剧中饰演男二号方俊生；同年，参演3D科幻喜剧片《不可思异》，在影片中饰演一个放高利贷的讨债人威廉，这是其首部电影作品，并于2015年4月上映。

2014年3月，参演的奇幻惊悚题材好莱坞电影《绝命航班》上映，尹正在片中饰演考古学家万虎一角；同年9月，主演的悬疑推理电影《女生宿舍》在中国上映，尹正饰演愿意为爱放弃一切，即使是正义也愿意抛弃的民国痴情男邹志勇；主演的浪漫爱情喜剧《换爱七日》上映。

2015年8月，主演校园励志电视剧《红色青橄榄》，首次担任男主的尹正在剧中饰演海归教师班主任郎兴；9月，因在喜剧电影《夏洛特烦恼》中饰演学霸袁华再度走进观众视野；10月，因在悬爱侦探剧《他来了，请闭眼》中饰演的傅子遇一角，在第19届华鼎奖中国百强电视剧满意度调查发布颁奖盛典中获得“最佳新锐演员”的称号，并在“亚洲影响力东方盛典”中获得影视势力飞跃演员奖；主演青春幽默喜剧《乌鸦嘴女郎》饰演宅男科学家乔慕渔一角。

2016年3月，参演玄幻神话偶像剧《山海经之赤影传说》；同年9月，民国谍战电视剧《麻雀》在湖南卫视播出，尹正在其中饰演阴险又多变的反派苏三省，并凭借该角色获得国剧盛典观众最喜爱的角色演员的荣誉；11月，主演的古装喜剧《极品家丁》在优酷播出。

2017年，主演由白一骢编剧的魔幻爱情喜剧《大话西游之爱你一万年》；同年，主演悬疑动作片《大侦探霍桑》。

2018年，与翟天临共同主演叶伟民执导的刑侦网络剧《原生之罪》。

2019年8月6日，出演民国热血青春剧《烈火军校》播出，在剧中饰演承瑞贝勒；10月，入围第六届“中国电视好演员”网剧男演员候选名单。