2004年，出演第一部电影《为了明天》。 2005年，客串出演由苟音瑛、魏娜、马静主演的电视剧《指控》。 2007年8月，参演第一部开心麻花舞台剧《开心麻花·疯狂的石头》，饰演医生。 2008年12月，沈腾与瞿颖主演的舞台剧《甜咸配》正在热演，一位主要演员临时缺席，杜晓宇紧急救场，杜晓宇在一遍剧本都没看过的情况下，一人分饰多个角色，串场间隙就由导演沈腾给他讲下一场戏。在这样的情况下，杜晓宇与第一次合作的麻花剧组默契配合，顺利完成演出。 2009年6月，参演开心麻花舞台剧《开心麻花·江湖学院》。11月，与陶慧、宋阳、东靖川、马丽等共同主演《开心麻花2010·索马里海盗》，在剧中饰演穆罕墨迹·拉倒。 2010年12月，与沈腾、马丽合作主演《开心麻花2011·乌龙山伯爵》，饰演银行行长邱田。 2011年11月，与艾伦、马丽、王宁、常远合作主演《开心麻花2012·旋转卡门》，饰演杜嘟嘟。 同年，客串出演由尚敬执导的军旅题材电视剧《大学生士兵的故事》。 2012年11月，与张子栋、马丽合作主演《开心麻花2013·夏洛特烦恼》，饰演王老师。 2013年2月9日，首次登上中央电视台春节联欢晚会的舞台，与马丽、沈腾、王琦共同表演小品《今天的幸福2》，饰演前夫哥。 2月24日又登上央视元宵晚会，与艾伦、王宁、沈腾、马丽、常远等一同表演小品《闹元宵》。 2014年1月30日，“前夫哥”再次登上首次登上中央电视台春节联欢晚会的舞台，与沈腾、马丽共同表演小品《扶不扶》，他分饰“点赞哥”“大奔哥”“警察哥”，造型多变且各具笑点。同年，在乔杉、修睿、潘斌龙、崔志佳等主演的情景喜剧《开心边角料》中饰演付尔待。 2015年2月18日，杜晓宇将又一次登上央视春晚，与马丽、沈腾合作表演小品《投其所好》。 2021年2月22日，主演的搞笑短剧《发光的大叔》在百度好看视频上首播，并于全民小视频、百家号上同步播出。