2001年，在孙海英、吕丽萍领衔主演的军旅剧《激情燃烧的岁月》中饰演警卫员小伍子。 2002年，李博参加第3届中国金鹰电视艺术节电视新秀大赛，最终进入总决赛并获得新秀冠军及最佳才艺奖。 2005年，主演由胡玫执导的商战剧《乔家大院》，并在剧中饰演善良正直的高瑞。 2006年，主演由康红雷执导的军事励志剧《士兵突击》，饰演3班战友，一级士官甘小宁。 2007年，与黄圣依、杨子、陈洁联袂主演神话剧《天仙配》，饰演好色愚笨的纨绔子弟傅官保。 2009年，主演关于中国远征军的战争题材电视连续剧《我的团长我的团》，在剧中出演主力团战士结巴兵程小龙。 2010年，参演李国立执导的电视剧《怪侠一枝梅》，饰演风流不羁的萧本萧公子。 2012年，与张铁林、姚刚、梁春书联袂主演革命剧《红军东征》，扮演了石楼县巨富钱家次子，太原国民师范学生钱继文。 2011年，出演电视剧《楚汉争雄》，在剧中饰演陈平。 2013年，与濮存昕、张国强、李菁菁主演电视剧《推拿》，饰演混不吝牛三勇。 2015年，与张译、高露、战菁一联袂主演的当代都市轻喜剧《好男儿之情感护理》，饰演郝男儿的好友刘京。 2021年，主演奇幻爱情电影《梦境俏佳人》。  参演电影《长津湖》。