2002年，出演赵文卓、何润东、蒋勤勤主演的古装武侠剧《风云雄霸天下》，在剧中饰演大和尚，这是他的首部电视剧作品，从而正式进入演艺圈。 2003年，出演杨凤良执导的剧情电影《黄河行歌》，在片中饰演以养鱼为生且暗恋毛明枝的男主角磊子。 2005年，出演侯勇、郭柯宇主演的革命战争剧《陈赓大将》，在剧中饰演国民党老兵；同年，出演宋业明、董亚春执导的革命战争剧《八路军》。 2007年，出演宋业明、董亚春执导的革命战争电影《八月一日》，在片中饰演贺龙手下的团长魏老三；同年，与白静、李桓、刘敏涛合作主演抗战剧《血色湘西》，在剧中饰演女主角田穗穗的父亲田大有，与白静饰演一对父女。 2008年，出演张黎执导的革命战争剧《人间正道是沧桑》，在剧中饰演黄埔三期六班班长、血性十足的国民党军将领范希亮；同年7月，参加湖南卫视综艺节目《快乐大本营》的录制。 2009年，与张丰毅、李强、柯蓝合作主演家庭伦理剧《半路兄弟》，在剧中饰演男主角程锐的发小郎三。 2010年，出演朱刚日尧、王学圻、宋佳主演的古装剧《孔子春秋》，在剧中饰演齐国丞相晏婴。 2011年，与邵峰、刘长纯、史兰芽合作主演革命战争剧《追捕渣滓洞刽子手》，在剧中饰演心狠手辣、杀人不眨眼的国民党高级将领徐远举。 2012年，与左金珠、冯玉玺、朱妍合作主演革命战争电影《秀水河子歼灭战》，在片中饰演英勇坚毅、智慧亲和的男主角柳大树；同年，与郭晓冬、沈傲君、曹炳琨合作主演年代情感剧《西藏秘密》，在剧中饰演阴险狡诈、企图操纵西藏德勒家族命运的贪心管家旺秋。 2013年7月，正式更改艺名为黄品沅；同年，与张嘉译、胡歌、黄志忠合作主演改编自严歌苓小说《金陵十三钗》的革命战争剧《四十九日·祭》，在剧中饰演铁骨铮铮且充满血性的川籍军人李全友；之后，与李健、张雯、张宁江合作主演抗战剧《战魂》，在剧中饰演热血勇猛的八路军独立团团长曹林建。 2014年，与文章、李雪健、宋佳合作主演年代战争剧《少帅》，在剧中饰演奉系军阀将领、张作霖的属下郭松龄。 2016年，与王晖、郭广平合作主演革命战争剧《淬火成钢》，在剧中饰演红军将领彭德怀；同年11月，参加辽宁卫视公益互动类节目《中国好家庭》的录制。 2017年1月，参加中央电视台庆祝建党95周年电视文艺特别节目《伟大的旗帜》的录制；同年3月28日，其主演的当代检察反腐剧《人民的名义》在湖南卫视播出，而他在剧中则饰演了任劳任怨的县委书记易学习；随后，主演汪小平执导的都市悬疑电影《丢心》。 2019年3月，参演刘海波导演的反特刑侦大剧《光荣时代》，与张译、赵立新、潘之琳、张隽溢、薛佳凝等主演。